14 июля 2023
Проект «Защита водотоков для чистого Черного моря с помощью инновационного мониторинга с использованием общих инструментов контроля и природоохранных практик для уменьшения загрязнения отложениями и пластиком (BSB963)» был реализован в течение трех лет (20 июля 2020 г. – 19 июля 2023 г.). Проект финансировался в рамках INTERREG IV ЕС «Совместная операционная программа 2014 года для бассейна Черного моря на 2014-2020 годы». Общий бюджет проекта составил 907 135,00 евро, из которых вклад ЕС - 834 543,41 евро. Основным партнером явился правопреемник Международного Греческого Технологического Университета (Драма, Греция). В реализации проекта участвовали четыре организации из Черноморского региона, а именно: водная администрация Бузэу-Яломица (Румыния), НПО «Союз молодых лесоводов» из Армении, Международная ассоциация ”Eco-TIRAS” из Республики Молдов. и Университет Артвин Корух из Турции. Чтобы жить у общего моря, необходимо устойчивое управление водными ресурсами, а именно, чтобы соседние страны перенимали общие методы и практики. Это одна из сильных сторон проекта, так как участвовали партнеры-исполнители из пяти разных стран, и деятельность велась во всех странах-участницах. Главной целью «Protect-Streams-4-Sea» стала защита окружающей среды, снижение уровня загрязняющих веществ и отходов, поступающих в Черном море. Этого можно достичь, сосредоточив внимание на загрязняющих веществах и отходах внутри помещений, особенно из бассейнов рек, впадающих в Черное море.
Поэтому идея этого проекта заключалась в том, чтобы уменьшить количество загрязняющих веществ и отходов из неточечных источников, чтобы они не попадали в реки и, следовательно, в Черное море. Эта цель была достигнута в основном за счет использования различных инновационных методов, большинство из которых были применены в Республике Молдова впервые. Помимо Республики Молдова, партнерами проекта стали университеты и НПО из Греции, Румынии, Армении и Турции.
В качестве территории исследования для выполнения задач Проекта в Республике Молдова был выбран бассейн реки Бэлцата – небольшого водотока, достаточно типичного для Республики Молдова, правого притока Днестра, куда непосредственно попадают все поверхностные загрязняющие вещества и отходы. С точки зрения проекта важными были два фактора: повышенный уровень деградации и интенсивные процессы эрозии почв (более 29%).
Изучение этих процессов включало:
1. Гидрологическое моделирование стока и наносов реки Бэлцата.
В проекте использовались две гидрологические модели: SWAT (Инструмент оценки почвы и воды) и WEPP (Проект прогнозирования водной эрозии). Их реализация преследовала конкретную задачу для каждого: SWAT был направлен на оценку текущего и ожидаемого стока реки Бэлцата, а моделирование WEPP было направлено на оценку смыва почвы и образования наносов в бассейне.
В частности, SWAT-моделирование потенциала годового стока реки Бэлцата в современных климатических условиях (1981-2020 гг.) может достигать 0,048 км3. В то же время, учитывая несомненную погрешность этих оценок из-за антропогенной нагрузки на водосбор, к этим результатам следует относиться с определенной осторожностью, поскольку они дают основу для оценки ожидаемых последствий изменения климата. SWAT-моделирование показало, что в зависимости от временного горизонта и радиационной нагрузки сток реки Балцата может меняться от увеличения на 7-8% в первой половине 21 века до уменьшения примерно на 8% и более чем на 25% в период 2071-2100 гг. В среднем увеличение утечек может достигать около 2% в 2021-2050 гг. и снижением до 17% в годовом исчислении в 2071-2100. Кроме того, SWAT имитировал скопление воды в трех резервуарах в русле реки. Это годовое накопление воды может достигать 65% от общего стока водосбора.
Моделирование WEPP стимулировало потерю почвы и образование наносов в бассейне реки Бэлцата, вызванное эрозией плит и берегов русла после гидравлических изменений. Для их оценки использовались удаленный и локальный подходы. Метод водораздела за пределами площадки предоставил результаты моделирования, ориентированные на выход наносов, доставляемых через каналы в конкретную точку сброса. В целом, согласно этому подходу, сброс наносов из Бэлцаты составил примерно 5430 т/год (0,4 т/га/год) с достаточно равномерным территориальным распределением. В большинстве речных бассейнов годовые наносы на гектар составляют менее 1/4 т, за ними следуют участки с наносами от 1/4 до 1/2 т, и только в более мелком русле достигает 1-2 т. Суммарные потери почвы, оцененные натурным подходом, составили около 21542 т/год. Кроме того, данный метод обеспечил повышенную детализацию потерь почвы в бассейне.
Проведенное исследование наглядно продемонстрировало огромный потенциал гидрологического моделирования для оценки масштабов и пространственного распределения накопления почвы и наносов в результате эрозионных процессов. Дальнейшее развитие и широкое использование этого метода может не только дополнить, но иногда и заменить дорогостоящие и трудоемкие полевые эксперименты. Однако широкое использование этого метода в Республике Молдова возможно только при создании актуализированных и свободно доступных баз данных о почве, землепользовании и климате на всей территории.
2. Техники теледетекции для идентификации и картирования зон, подверженных эрозии
Использование методов дистанционного зондирования было направлено на выявление участков, подверженных эрозии, с использованием исторического спутникового мониторинга земной поверхности. Решались две задачи: внедрение нормированных разностных индексов для картографирования наиболее эрозионно-уязвимых участков почв и использование космических снимков при оценке временных трендов береговой эрозии рек.
Нормализованные индексы различий количественно определяют присутствие определенного материального объекта в изображении дистанционного зондирования на основе различий в отражательной способности этого объекта в разных спектральных диапазонах. В этом исследовании использовали два индекса: Нормализованный разностный индекс растительности (NDVI), который оценивает долю растительного покрова в пикселе, и Нормализованный разностный индекс воды (NDWI), отражающий содержание влаги в почве и растительности. Выявление критических точек эрозии в бассейне реки Бэлцата было основано на спутниковых снимках и свободно доступных инструментах анализа с добавлением дополнительной информации, такой как землепользование и типы почв, овраги и оползни, полученные в результате ручной интерпретации изображений со спутников, а также полевые исследования. Спутниковые изображения были получены датчиками Thematic Mapper (TM) и MultiSpectral Instrument (MSI) на борту миссий Landsat 5 и Sentinel-2. Всего было использовано шесть сцен, по три на весну и осень, охватывающих период с 1986 по 2020 год.
Анализ результатов исследований показал, что только 8,37% поверхности бассейна Бэлцаты подвержены эрозии или подвержены ей. Доминирующими формами эрозии являются оползни, занимающие площадь в два раза большую, чем овраги, занимая 40 % эрозионно-опасной площади, где умеренная экспозиция наблюдается на 32 %, пониженная экспозиция на 23 % и незначительно повышенная экспозиция на более чем 4 % этой площади. Анализ также включал распределение эрозии по склонам, почвам и землепользованию.
Оценка временных трендов береговой эрозии была направлена на определение и картографирование ее потенциальных площадей по серии многолетних космических снимков. Исследование показало, что спутниковые снимки среднего разрешения представляют собой оптимальный баланс между масштабом анализа, его продолжительностью и временем, затрачиваемым на сбор и обработку данных. В частности, использовались спутниковые изображения, полученные датчиками Thematic Mapper (TM) и Operational Land Imager (OLI) на борту миссий Landsat 5 и Landsat 8 соответственно. Снимки Landsat позволили продлить период исследования с 1985 г. до 2022 г. и иметь относительную совместимость двух инструментов: достаточно грубое пространственное разрешение сцен Landsat (30 м) компенсируется имеющейся выборкой за 37 лет. Всего было использовано 27 ежегодных сцен ТМ. 1985-2011 и 10 ежегодных сцен OLI для aa. 2013-2022 с 15 марта по 15 октября. Для каждой сцены был рассчитан Нормализованный разностный индекс эрозии железных дорог (NDReLI), который находится в диапазоне [-1; +1]; чем выше этот показатель, тем выше эрозионность. Затем вовремя была запущена модель линейной регрессии NDReLI. Положительная тенденция в результате увеличения NDReLI с течением времени свидетельствует об увеличении эрозии берегов реки, а отрицательная тенденция указывает на ее уменьшение.
Результаты моделирования выявили значительное усиление эрозии берегов рек в бассейне Бэлцаты. Очень немногие участки, составляющие всего 0,3% длины основных водотоков, показали снижение береговой эрозии за анализируемый период. Результаты также показывают, что возделываемые земли могут оказывать самое сильное влияние на эрозию берегов рек с течением времени, в то время как относительно большие площади, покрытые водой, гораздо более важны для усиления эрозии, чем любое другое землепользование.
3. Картирование эрозии с помощью дрона
Согласно графику проекта, дроны должны были использоваться для картирования поверхностной эрозии на уровне водоразделов. В то время как с помощью индексов были выявлены большие области повышенной эрозии, дроны предоставили дополнительные мелкомасштабные результаты путем картирования горячих точек на поверхности и оценки эрозии берегов рек. Для этого исследования использовалась новая версия самого интеллектуального дрона DJI Phantom 4 PROSpess. Этот дрон оснащен двумя двойными датчиками заднего изображения и инфракрасными системами обнаружения, которые указывают на препятствия в 5 направлениях и облетают их в 4 направлениях. Техника дрона для картирования эрозии заключалась в захвате изображений целевой области, их обработке и анализе с помощью специального программного обеспечения. В ходе исследования собранные изображения с высоким разрешением были проанализированы с помощью различных программных инструментов, включая GIS, что потребовало создания подробных карт, необходимых для выявления областей, подверженных риску эрозии или загрязнения, и для измерения текущих негативных последствий и их будущих потенциалов.
Это исследование включало оценку поверхностных эрозий и берегов с помощью дрона. Первая оценка была продемонстрирована на примере двух участков гидрографического бассейна Бэлцата, условно называемого Бэлцата-де-Мижлок, и слияния Бэлцата-де-Жос - устья реки Реча. Ортомозаика Бэлата-де-Мижлок объединила 25 ортофотоснимков со средним числом ключевых точек около 73,3 тысячи при разрешении 1,1 см/пиксель. Цифровая модель поверхности (ЦМП) показала, что здесь участки эрозии низкой интенсивности занимают 0,013 га (1 %), средней интенсивности - 0,0026 га (0,21 %) и сильной интенсивности - менее 0,005 % всей площади. Длина береговых участков, подверженных эрозии, составляет 55% для правого берега реки Бэлцата и 31% - для левого берега. На втором участке практически оба берега рр. Бэлцата и Реча подвержены эрозионным процессам, в том числе нескольким микроэрозионным формам линейной эрозии. В целом береговая эрозия на этих двух реках развивается на протяжении около 2800 м и около 2300 м соответственно от устьев на узкой прибрежной полосе.
Эрозия поверхности была оценена дроном на двух участках, предварительно названных Бэлцата де Норд и Сагайдак. Обследование дронами показало, что на первом участке наиболее поражена эрозионными процессами его средняя (самая крутая) часть, тогда как проявления эрозии средней и малой интенсивности наблюдаются практически по всей площади. Общая площадь выявленных эрозий низкой интенсивности составляет около 1,2 га, эрозий средней интенсивности — 0,97 га и эрозий высокой интенсивности — 0,91 га. На полигоне Сагайдак поверхностная эрозия различной интенсивности преобладает в его нижней и средней частях этого склона. Общая площадь выявленных участков слабой интенсивности эрозии составляет 0,013 га, средней интенсивности эрозии - 0,006 га и высокой интенсивности эрозии - 0,003 га.
4. Метод RUSLE
Также, для оценки эрозии почвы с гектара за год мы апробировали метод RUSLE, с помощью которого можно получить среднегодовые потери почвы учитывая осадки, типы почв; топографический фактор, т. е. фактор длины склона и его крутизны, а также фактор землепользования.
Результирующая модель RUSLE позволяет оценить подверженность эрозии. Правый берег реки Балцата имеет наибольшую долю крутых склонов во всем речном бассейне, однако в связи с тем, что на эту же площадь приходится большая часть протяженных площадей с лесами, а также половина садов и виноградников бассейне ежегодные потери почвы под этими насаждениями весьма невелики (0-8 т/га/год). В то же время там, где защитное действие растительного покрова отсутствует, мы наблюдали наиболее подверженную эрозии зону (южнее села Балцата).
Нам удалось показать, что 82,6 % площади бассейна реки Балцата составляют участки с низкой и очень низкой эрозионной подверженностью (<1–8 т/га/год), что можно объяснить тем, что участки с самыми крутыми склонами или самым большим стоком во многих случаях приходятся на лесные массивы, что нивелирует эффект эрозии.
Наши выводы также подтверждаются данными наблюдений, так как наиболее резкие изменения произошли в селах Балабэнешть, Крузешть и Тогатин, где доля среднеэродированных почв за 16 лет увеличилась не менее чем на 10%.
5. Применение метода отпечатков пальцев
Для выявления источников взвешенных наносов в реке Бэлцата был использован дактилоскопический метод. Этот метод связывает физические или геохимические свойства отложений с соответствующими источниками в пределах водосбора, основываясь на двух основных допущениях: (а) потенциальные источники отложений отличаются некоторыми характерными признаками, и (б) относительный вклад источников во взвешенные отложения может быть определен с помощью сравнения свойств отпечатка осадка с образцами исходного материала. Обычный подход, который использовался в этом исследовании следа отложений, заключался в выборе множества характеристик следа и применении статистических процедур для их оптимизации для наилучшего распределения взвешенных отложений по различным потенциальным источникам. Оценка экологического следа включала оценку общего вклада наносов из трех основных источников: склонов холмов, оврагов и берегов рек.
Образцы отложений были собраны путем отбора из участков на глубине 5,0 см в сентябре 2022 года, после интенсивных дождей, на различных участках использования, с использованием стандартной методологии ISO 10381-1. : 2002. Всего было отобрано 26 проб почвы и 3 пробы донных отложений. Были использованы различные статистические процедуры для количественной оценки относительного вклада каждого потенциального источника наносов, попадающих в основное русло речки Бэлцата. Суммарное содержание тяжелых металлов в пробах почв, кроме свинца и цинка, ниже ПДК, в первую очередь в районах населенных пунктов. Концентрации тяжелых металлов в отложениях близки к пробам почвы.
6. Уловитель плавающего мусора
Кроме того, в целях снижения загрязнения Днестра пластиком, на реке Рэут установлен коллектор для улавливания плавучих отходов, как средство предотвращения загрязнения рек. Установка позволяет собирать пластиковые отходы и другие плавающие физические загрязнители с поверхности части реки. Водосборный коллектор был спроектирован, построен и установлен НПО-субподрядчиком проекта «Renașterea Rurală (Возрождение села)» (Кишинев). Сборный коллектор состоит из двух 12-метровых труб, каждая из которых закреплена на тяжелых бетонных блоках, установленных на дне реки. Трубки направляют отходы в мусорный контейнер, изготовленный из металлической сетки. Водосбор позволяет плавать по реке на лодках и байдарках без специальных действий и не представляет препятствия для флоры и фауны. Водосборный коллектор установлен на территории национального парка «Орхеюл Векь», который взял на себя ответственность за его обслуживание и периодическую очистку мусорного контейнера. Водосборный коллектор собирает примерно одну тонну отходов в месяц, не допуская их попадания в реку Днестр, а затем в Черное море. Все собранные отходы сортируются, а пластик отправляется на перерабатывающий завод.
Для получения дополнительной информации перейдите по ссылке: https://eco-tiras.org/docs/Brochure_Final-2023.pdf
*******
DISCLAIMER: Авторы пресс-релизов – не информационное агентство IPN – несут всю полноту ответственности за достоверность и содержание пресс-релиза, представленного для публикации и/или распространения.