Войти
С нами учиться интересно и легко!
т. (8443) 56-26-43

ВФ ВолГУ - хорошее начало!




Тел.:     (8443) 51-53-01
E-mail: priem@vgi.volsu.ru

Приемная комиссия «В контакте»: https://vk.com/id214166222

Грант РФФИ и Администрации Волгоградской области, проект № 19-44-340011 р_а «Зарастание мелководий как показатель генезиса природного аквального комплекса крупных равнинных водохранилищ Нижнего Поволжья»

Руководитель проекта: канд. биол. наук, доцент кафедры математики, информатики и естественных наук Кочеткова Анна Игоревна

Аннотация

Создание крупных равнинных водохранилищ в долинах рек Волга, Дон повлекло за собой появлению целого ряда экологических проблем. Данные изменения напрямую связаны с искусственной зарегулированностью стока рек гидротехническими сооружениями. Экосистемы таких крупных равнинных водохранилищ, как Волгоградское и Цимлянское, сейчас деградируют. Это проявляется в ухудшении качества воды, заилении и зарастании мелководий макрофитами, уменьшении рыбных запасов и т.п. Важным индикатором общего экологического состояния водохранилищ является характер зарастания мелководий. За последние 5 лет темп зарастания сильно увеличился и фактически идет преобразование природного аквального комплекса. В результате кумулятивного действия факторов заиления и зарастания уменьшается количество потенциальных мест для нереста рыб, а некоторые заливы водохранилищ в результате этих процессов практически полностью отделились от основной акватории. По типу распределения и видовой специфике макрофитов можно судить об активности процессов переформирования (отступления) берегов водохранилищ. Таким образом, комплексное изучение процесса зарастания мелководий позволит изучить современные гидролого-геоморфологические условия на крупных равнинных водохранилищах Нижнего Поволжья, выявить тенденции и подготовить рекомендации по улучшению их состояния.

Актуальность исследования

Цимлянское и Волгоградское водохранилища – это одни из крупнейших внутренних водоемов России, в которых вылавливается около 10% всей рыбы, добываемой во внутренних пресных водах страны. В силу слабой проточности, мелководности, высокой биологической продуктивности и некоторых других геоморфологических особенностей многие процессы в водохранилищах (абразия, переформирование берегов, осадконакопление, зарастание литорали и т.д.), протекают гораздо интенсивнее, чем во многих других искусственно созданных водоемах. Многолетнее нарастание этих процессов привело к кардинальной трансформации основных нерестилищ и снижению их эффективности. Особое место в преобразовании ценных для рыбохозяйственного назначения мелководий занимает процесс зарастания высшей водной растительностью (ВВР).

В силу слабой проточности, мелководности, высокой биологической продуктивности и некоторых других геоморфологических особенностей многие процессы в водохранилищах (абразия, переформирование береговой линии, осадконакопление, зарастание литорали и др.), протекают гораздо интенсивнее, чем во многих других искусственно созданных водоемах. Многолетнее нарастание этих процессов привело к кардинальной трансформации основных нерестилищ и снижению их эффективности. И если не предпринять срочных мер, дальнейшее развитие этих процессов, неизбежно приведет к потере рыбохозяйственной ценности водохранилища и снижению объемов рыбодобычи.

Результативность мелиоративных работ на Цимлянском водохранилище доказана еще в начале 60-х гг. прошлого века, когда в связи с интенсивным зарастанием жесткой растительностью основных нерестилищ Верхнего плеса Цимлянского водохранилища, были развернуты масштабные работы по их капитальной мелиорации [Оценка современного состояния …, 1996 а,б].

В сложившихся условиях, характеризующихся стабильным ухудшением состояния нерестовых угодий водохранилища, возникла необходимость возобновления капитальной гидротехнической мелиорации в полном объеме в целях улучшения условий размножения ВБР, прежде всего ценных промысловых видов. Однако полномасштабное проведение мелиорации требует огромных финансовых и материальных затрат, что в нынешних экономических условиях практически неосуществимо.

В связи с этим появилась необходимость оценить современное состояние основных нерестовых угодий, выбрать из них наиболее значимые для нереста рыб и нагула молоди участки, которые при условии проведения на них мелиоративных работ, способны обеспечивать существенное пополнение промыслового запаса ценных рыб водохранилищ, а также определить комплекс мер по их рыбохозяйственной мелиорации.

Таким образом, актуальность и практическая значимость НИР обусловлена необходимостью разработки научно-обоснованных рекомендаций по улучшению экологического состояния Цимлянского и Волгоградского водохранилищ, а также составу и объемам рыбоводно-мелиоративных мероприятий на основных нерестовых угодьях в целях улучшения их состояния и условий естественного воспроизводства водных биологических ресурсов.

Анализ современного состояния исследований в данной области

Комплексные исследования зарастания мелководий нашли широкое распространение и активное применение в экологической практике, в том числе в мониторинговых исследованиях состояния водных биологических ресурсов, при государственном учете вод, водохозяйственной деятельности и гидротехническом строительстве. Примеров работ по исследованию процесса зарастания как показателя генезиса природных аквальных комплексов крупных равнинных водохранилищ Нижнего Поволжья авторам предложенного проекта неизвестно. Огромный вклад в изучение процессов зарастания внесли ученые Бреховских В.Ф, Буторин Н.В., Казмирук В.Д., Катанская В.М., Лактионов А.П., Лисицина Л.И., Папченков В.Г., Шашуловский В.А., Экзерцев В.А. и др. Особенностью обозначенной научной проблемы представляется тот факт, что за пределами России практика реконструкции крупных равнинных рек с регулированием их годового стока гидроузлами не имеет распространения ввиду экологически неблагоприятных последствий (по крайней мере – на территории развитых государств).

Цель и задачи проекта

Целью данной работы является выявление особенностей динамики зарастания на Волгоградском, Цимлянском водохранилищах и оценка влияния водной растительности на состояние их экосистемы.

Задачи, направленные на достижение поставленной цели:

1. Изучение процессов зарастания мелководий с момента формирования водохранилищ до настоящего времени.

2. Выявление различных типов зарастающих мелководий.

3. Разработка рекомендаций по проведению рыбохозяйственной мелиорации мелководий водохранилищ.

Научная новизна проекта

Научная новизна работы заключается в использовании современных информационных технологий, которые позволят произвести пространственно-временной анализ динамики зарастания мелководий Цимлянского и Волгоградского водохранилищ (с 1987 по 2019 г.). Данная работа позволит произвести типизацию зарастающих мелководий водохранилищ и выявить закономерности необходимые для разработки мероприятий рыбохозяйственной мелиорации.

Научно-методологические подходы и принципы исследований

Учитывая многоаспектность решаемых задач в случае выполнения научно-исследовательской работы планируется использовать совокупность методов, принципов и подходов, как общенаучных, так и специальных, в соответствии с этапами, направлениями и видами работ.

Общая методология анализа ситуации и экологической оценки современного состояния Цимлянского и Волгоградского водохранилищ и выбор репрезентативных участков, нуждающихся в проведении мелиоративных работ, строится на интеграции системных и информационных методов анализа [Демек, 1977; Горский, 1988], комплексного ландшафтно-экологического подхода, а также нормативно-целевого и ситуационного подходов, базовыми принципами которых являются междисциплинарность, системность, комплексность, интегрированность и другие общенаучные принципы, лежащие в основе анализа проблемных ситуаций и принятия управленческих решений в сфере охраны окружающей среды и природопользования [Чистобаев, Баженов, 1987; Рафиков, 1992; Лукьянчиков, 2009; Литвак, 2012; Трофимова, Трофимов, 2014 и др.].

Кроме того, в ходе исследований использовались научно-методологические подходы и идеи рационального природо- и водопользования, комплексной оценки водных объектов и их бассейнов, экологического картографирования, геоинформационного обеспечения научных исследований, отраженные в работах К.В. Зворыкина, А.Н. Ракитникова, В.И. Данилова-Данильяна, К.Н. Дьяконова, А.Г. Исаченко, Б.И. Кочурова, И.Е. Курбатовой, Б.Б. Родомана, В.Б. Сочавы, В.И. Стурмана, А.Н. Чумаченко, Ю.Г. Симонова, А.М. Берлянта, А.В. Кошкарева, И.К. Лурье, Б.А. Новаковского, В.С. Тикунова и др.

Актуальность использования ГИС-технологий в рамках настоящей НИР обусловлена многими причинами, прежде всего: а) сложностью поставленных задач и необходимостью использования синергетических подходов для их решения; во-вторых, необходимостью учитывать большое количество факторов; б) разноплановостью и большими объемами информации (тестовые документы, рисунки, графики, таблицы, карты и пр.), которую необходимо интегрировать в единый информационный ресурс; в) важностью визуализировать полученные данные, в т.ч. пространственные, в наиболее удобной картографической форме.

Общенаучные методы исследований

Работа с ретроспективной информацией, а также анализ общей ситуации и диагностика естественных нерестилищ осуществлялись с использованием традиционных общенаучных методов [Баскаков, Туленков, 2004], в т.ч.:

- теоретических (анализ, синтез, сопоставление, сравнение, обобщение и др.);

- эмпирических (изучение документации, литературы, полевых материалов и др.);

- комплексных (диагностика, оценка).

Особое место в этих работах занимали методы: сравнительного анализа, основанном на анализе сходства и различий (текущего состояния разных участков водохранилищ; текущего состояния модельных и репрезентативных участков мелководий с их старым состоянием; характера и степени воздействия различных факторов на условия естественного воспроизводства ВБР и др.), а также экспресс-экспертной оценки, использованном при выборе и ранжировании репрезентативных участков, нуждающихся в проведении мелиоративных работ.

Специальные методы исследований

Гидроботанические исследования являлись основным направлением работ, предусмотренных программой научно-исследовательских работ. Они планируются осуществлялись согласно общепринятым методикам А.П. Белявской [1979], В.Г. Папченкова [1979] и В.М. Катанской [1981], в дальнейшем дополненными и усовершенствованными В.Г. Папченковым [2003 а, б, 2006].

С целью повышения эффективности сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных, в т.ч. характеризующих зарастание ВВР, на камеральном этапе будут применятся методы геоинформационных систем и соответствующее программное обеспечение (ArcGIS 10.2 иScanEX IMAGE Processor 3.6.8).

Для мониторинга зарастания достаточно разрешение космических снимков 15-30 м. Этим условиям удовлетворяют данные радиометра TM (Landsat 5) и OLI (Landsat8). Снимки не позволяют в полной мере распознавать структуру сообществ ВВР, но обеспечивают надежное определение их распространения, а потому могут служить источником для картографирования и выявления многолетних изменений [Кравцова, 2004].

Анализ спектральной яркости разнообразных географических объектов на снимке ТМ (Landsat 4-5) позволил выявить комбинацию каналов, в которых гелофитная растительность наиболее ярко представлена. Максимальная яркость в 4 канале с диапазоном 0,75-0,90 мкм, а минимальная в 3 канале с диапазоном 0,63-0,69 мкм. Поэтому, для исследования была выбрана достаточно популярная комбинация 4,3,2 со спектральными диапазонами, которая даёт множество разнообразной пространственной информации и цветовых контрастов.

На аппарате Landsat-8 установлены два сенсора: многоканальный сканирующий радиометр OperationalLandImager (OLI) и сканирующий двухканальный ИК-радиометр ThermalInfraRedSensor (TIRS). Радиометр OLI предназначен для ведения космической съемки на основе усовершенствованных технологий в 9 участках видимого, ближнего ИК и среднего ИК-диапазонов с максимальным разрешением 15 м, а радиометр TIRS – для съемки земной поверхности в двух каналах с разрешением 100 м.

За начало отсчета динамики зарастания будет условно принят 1987 г., на который в программе ScanEX IMAGE Processor 3.6.8 был создан векторный слой бассейна Цимлянского и Волгоградского водохранилищ. В дальнейшем он будет использован в качестве векторной маски для классификации космических снимков.

Расширенный отчет по гранту РФФИ и Администрации ВО № 19-44-340011 р_а

Список публикаций:

  1. Кочеткова А.И., Брызгалина Е.С., Баранова М.С., Курыкин А.В., Строганов А.В., Михайлова Е.А., Фотина О.С. Типизация зарастающих мелководий Цимлянского и Волгоградского водохранилищ // Проблемы устойчивого развития и эколого-экономической безопасности регионов: XIV Международ. науч.-практ. конф., г. Волгоград, 10 апр. 2019 г., г.Волжский, 11 апр.2019 г. : сб. ст. – Волгоград : Волгогр. науч. изд-во, 2019. – С. 148-157. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41401019

  2. Кочеткова А.И., Брызгалина Е.С., Баранова М.С., Фотина О.С., Михайлова Е.А., Курыкин А.А., Строганов А.В. Цикличность в зарастании высшей водной растительности мелководий Цимлянского водохранилища // Антропогенная трансформация геопространства: природа, хозяйство, общество : V Междунар. науч.-практ. конф., г. Волгоград, 1–4 октября 2019 г. – Волгоград : Изд-во ВолГУ, 2019. -С. 74-78. URL: https://cloud.mail.ru/public/2cEp/21n7kxftq

  3. Кочеткова А.И., Брызгалина Е.С., Баранова М.С., Курыкин А.В., Строганов А.В., Михайлова Е.А., Фотина О.С. Тенденции зарастания крупных заливов на месте устьевых областей рек Цимлянского водохранилища за период 1987-2019 гг. // Вестник института комплексных исследований аридных территорий. №1 (38). 2019. С. 149-152. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41338105 DOI: 10.24411/2071-7830-2019-10

  4. Кочеткова А.И., Брызгалина Е.С., Филиппов О.В., Баранова М.С. Динамика зарастания Волгоградского водохранилища (1972-2018 гг.) // Принципы экологии. 2020 (находится в печати). URL: https://cloud.mail.ru/public/55fh/3UuyPWaLx

  5. Кочеткова А.И., Брызгалина Е.С. Рекомендации по проведению рыбохозяйственной мелиорации мелководий Цимлянского водохранилища // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Химия. Биология. Экология. 2020 (находится в печати). URL: https://cloud.mail.ru/public/4pgV/PcrTZNiBP

  6. Кочеткова А.И., Брызгалина Е.С., Баранова М.С., Кудашина А.В., Курыкин А.В., Строганов А.В., Михайлова Е.А., Фотина О.С. Динамика зарастания мелководий карманного типа Цимлянского водохранилища // Проблемы устойчивого развития и эколого-экономической безопасности регионов: XV Всероссийская конф. с международ. участием г. Волжский, 9 апр. 2020 г., г.Волгоград, 10 апр.2020 г. : сб. ст. – Волгоград : Волгогр. науч. изд-во,. 2020. (находится в печати).