Геоинформационные системы при оценке экологической обстановки в Черноморском бассейне. | Шевелев Василий Иванович. Работа №382891. Номер работы: №382891

Геоинформационные системы при оценке экологической обстановки в Черноморском бассейне.

В большинстве случаев ГИС создаются на основе баз данных цифровой информации, куда кроме картографических материалов также включаются данные многолетних непосредственных наблюдений, статистические сведения, данные дистанционного зондирования. Одной из таких систем является ГИС «Черное море». Черноморский бассейн в последние десятилетия испытывает сильное ухудшение экологической обстановки из-за возрастающей антропогенной нагрузки на все компоненты окружающей среды, что ведет к деградации ценных прибрежных водно-болотных угодий, снижению рекреационного потенциала и к резкому сокращению рыбных ресурсов.

Для принятия срочных мер по спасению Черного моря страны региона обратились за поддержкой в Глобальный фонд сохранения окружающей среды. В результате в 1993 году была сформирована и начата трехлетняя Программа по спасению Черного моря - BSEP (Black Sea Environmental Programme), у которой была поставлена цель на решение трех главных задач:

1) создание и укрепление потенциала стран для воздействия на экосистему Черного моря;

2) разработка и проведение политики и нормативно-правовой базы для контроля, оценки и спасения окружающей среды, а также для сохранения и приумножения биоразнообразия;

3) подготовка и привлечение инвестиций в экологические программы.

Рис. 1

К началу 1994 года в Стамбуле была организована координационная группа Программы, в состав которой вошли эксперты из всех черноморских стран. Работа предусматривала сбор, обработку и увязку всех картографических материалов и результатов экспедиционных наблюдений, поступивших от стран-участниц, создание специализированного программного обеспечения для ввода и редактирования цифровых данных, составление электронных карт, моделирование и проведение исследований, связанных с формированием ресурсно-экологической ГИС "Черное море". Создание такой ГИС реализовано в Московском Государственном Университете (МГУ) на кафедре картографии и геоинформатики.

Система реализует две функции: моделирование и информирование о состоянии объекта. Она обеспечивает распространение информации всем заинтересованным пользователям и поддержку принятия решений по природоохранным и защитным мерам, направленным на спасение уникальной экогеосистемы.

Основным источником информации в данной системе является карта, сопровождаемая легендой, текстовым описанием и дополнительной информацией, относящейся к картографируемым объектам. При этом сама карта является итогом из множества слоев, наложенных друг на друга, каждому из которых приписываются следующие атрибуты: название слоя, признак видимости и признак активности.

Рис. 2

Обычно карта включает слой географической основы и тематический слой. Всего ГИС "Черное море" содержит около 2000 карт, сгруппированных в семь тематических блоков: география, геология, метеорология, физическая и химическая океанография, биология и рыбные ресурсы. Внутри каждого из семи разделов находятся наборы аналитических и синтетических карт.

Модули, входящие в ГИС "Черное море", позволяют выполнять при работе с любой картой ее масштабирование, сдвигать изображение, определять координаты любой точки, на которую указывает курсор, просматривать текст описания карты, вызывать дополнительную информацию, привязанную к тому или иному объекту на карте. Меняя размеры окон, человек может автоматически размещать на экране несколько карт или выводить их на печать.

Сам проект завершился 30 августа 1996 года, а его оценка была проведена в ноябре.

Рис. 3

С моей точки зрения, этот проект необходимо возобновить, ведь несмотря на окончание проекта, экологические катастрофы продолжают появляться; одна из таких – утечка мазута. Это событие произошло в Краснодарском крае 15 декабря 2024 года.

Экологическая катастрофа - разлив мазута в Чёрном море в 2024-25 годах

15 декабря 2024 года из-за сильного шторма в Чёрном море был разлит мазут в Керченском проливе. Причиной этого послужило крушение двух судов «Волгонефть». В воде оказалось 2,5 тыс. тонн топочного мазута, а из-за ветров и волн до 5 метров это химическое вещество разбросало на 800 км береговой линии. Сам по себе топочный мазут представляет собой вещество, которое трудно вывести из-за его вязкой и маслянистой консистенции. Он не испаряется и не разрушается в соленой воде. Кроме того, спустя 10 месяцев после инцидента в воде снова всплыли 900 тонн химикатов. По прогнозам губернатора Краснодарского края Вениамина Кондратьева, эта новая волна надвигается на берега Тамани, Анапы и Темрюка. К тому же, у берегов Анапы и Темрюка волонтеры уже заметили новые фракции этого нефтепродукта.

Рис. 4

Какие задачи в этой проблеме могут решать инструменты ГИС?

Во-первых, это, конечно же, картирование и мониторинг загрязнений. С помощью спутниковых снимков было зафиксировано место загрязнения. Утечка мазута произошла в Крыму, примерно в 15 километрах от берега, в акватории между мысом Тарханкут и островом Джарылгач. После определения места утечки с помощью программ ГИС можно создавать детализированные карты загрязненных территорий и отслеживать распространение мазута.

Рис. 5

Во-вторых, ГИС могут смоделировать распространение загрязнения с учетом климатических факторов, такие как течения и ветер. Это поможет в представлении о том, какие области мазут затронет в первую очередь и какие риски может при этом понести экосистема; после чего начать предпринимать значительные меры.

Рис. 6

К данному заключению я могу привести пример, что в данной ситуации под влияние попадают заповедные зоны и национальные парки на территории Джарылгач. Из-за слабого течения нефтяной продукт не будет быстро уноситься в открытое море, вместо этого под удар попадут ближайшие берега, пляжи и скалы. Такой риск нанесет региону сильный удар по экосистеме. С помощью ГИС информация до людей дошла быстрее, чем случилась катастрофа, и теперь есть время для того, чтобы подыскать новое место для птиц и млекопитающий, которые там обитают.

В-третьих, на основе полученных данных можно будет приступить к ликвидации проблемы: установить барьеры в ключевых местах, распределить ресурсы и скоординировать спасательные службы. Сейчас основными методами ликвидации мазута стало использование нефтесборщиков для устранения нефтяной пленки с поверхности воды; биоремедиация (внесение бактерий, способных разлагать нефть) и химическая диспергация (применение реагентов, которые разбивают мазут на мелкие частицы и ускорют его распад).

В-четвертых, создание интерактивных карт с помощью ГИС поможет информировать население о состоянии экологии Чёрного моря. Это послужит толчком для вовлечения людей в волонтерские организации и активное участие в охране окружающей среды.

Рис. 7

Ликвидация мазута на территории Чёрного моря продолжается до сих пор, но все равно я могу легко сделать вывод, что программные обеспечения ГИС сделали большой вклад в решение данной проблемы и смогли облегчить процесс работы. Эти системы важны и многогранны, их не стоит недооценивать, а также они могут значительно повысить эффективность работы в ликвидации не только экологических катастроф, но и чрезвычайных ситуаций в целом.

Применение ГИС в проекте «Геленджикская бухта»

Геленджикская бухта – незамерзающая бухта, расположенная на восточном побережье Черного моря, в которое впадает много рек и ручьёв с Маркотхского хребта. Согласно наиболее актуальным данным о физико-географическом районировании акватории Черного моря, бухта входит в северо-восточный район, который отличается наиболее холодным климатом и максимальной биологической продуктивностью.

Основным источником загрязнения морской воды являются курортные города, расположенные у бухты. Только один Геленджик с населением около 117 070 человек (данные 2025 г.) является одним из основных источников загрязнения бухты из-за проблемы организации очистки ливневых стоков. Также роль играют многие хозяйства, расположенные в северной и северо-западной в санитарно-охранной зоне курорта, и морской порт, занимающий 18 Га в западной части бухты.

Для решения данной проблемы в 2015 г. был начат проект по оптимизации инженерно-технического обустройства Геленджикского морского порта, в связи с чем была инициирована обширная программа социально-экологического мониторинга. В этом проекте ГИС использовались для картирования данных и получения сведений о гидробиологических, гидрологических и гидрохимических параметрах окружающей среды, а также прогноза пространственного распространения полей загрязнения. Исследования по техногенному состоянию бухты выполнялись в ГИС QGIS, выбранной по причине ее дешевизны и доступности. В качестве исходной картографической основы выступала растровая географическая привязанная карта OpenStreetMap «Геленджикский морской порт», которая является свободной в распространении и общедоступной, а потому используется для реализации многих научных проектов в России и за рубежом.

Рис. 8

В результате картографических работ была сформирована база экологических данных на акваторию Геленджикской бухты, содержащая сведения, определенные в ходе мониторинговых исследований. Картографическая часть исследований была направлена на определение уровня загрязненности нефтепродуктами и концентрацию тяжелых металлов в водных ресурсах. После чего она была посвящена интегрированию и визуализации сведений об источниках техногенного воздействия на акваторию бухты для установления возможных причин формирования вышеописанной экологической обстановки.

Проделанная работа может послужить основой для ещё одного обширного проекта ГИС «Геленджикская бухта», ведь в ходе этого проекта с помощью работы в системе QGIS были сформированы база экологических данных и набор цифровых карт, отображающих пространственные закономерности техногенного загрязнения аквальной среды. С помощью полученных результатов удалось подтвердить ранее выдвинутые гипотезы о влиянии основных источников загрязнения на уровень концентрации нефтепродуктов и тяжелых металлов в воде. Этот проект может продолжить своё развитие и стать толчком для решения как научных, так и производственных задач, связанных с планированием природоохранных мероприятий не только в прибрежной зоне. Ведь несмотря на начатую работу с реконструкцией порта и мониторинг загрязнений, ситуация по-прежнему остается напряженной.

Таким образом, полученные данные будут полезны как для дальнейшего изучения процессов миграции загрязнений, так и для разработки решений по защите природных ресурсов района Геленджикской бухты.

Проблемы необходимости принятия должных мер по охране окружающей среды и устойчивому развитию средств мониторинга в настоящее время очень актуальны и должны рассматриваться как одни из самых значимых для человечества.

Список использованных источников

Причины и последствия изменения климата | Организация Объединенных Наций (https://www.un.org/ru/climatechange/science/causes-effects-climate-change);

Глобальное потепление: причины, последствия и как остановить изменение климата (

https://www.rbc.ru/story/66b4a5ce9a79473cb11c638d

);

Руководство по оценке уязвимости экосистем

(

https://www.numberanalytics.com/blog/ecosystem-vulnerability-assessment-guide

);

Оценка уязвимости экосистем к изменению климата на основе климатических факторов, стабильности и продуктивности растительности (

https://forestecosyst.springeropen.com/articles/10.1186/s40663-020-00239-y#Sec2

);

ГИС для экологии – экологический мониторинг (

https://nextgis.ru/gis-po-otraslyam/gis-dlya-ehkologicheskogo-monitoringa/

);

Разлив нефтепродуктов в Черном море: от прогнозов перемещения до способов ликвидации загрязнителей (

https://www.sevastopol.kp.ru/daily/27739/5166219/

)

Как создавать тепловые карты в

QGIS

(

https://gisgeography.com/qgis-heat-maps/

);

ГИС для анализа климата (

https://climate-arcgis-content.hub.arcgis.com/?adumkts=industry_solutions&aduse=national_government&aduc=email&adum=drip&utm_Source=email&aduca=mi_modern_platform_for_science&adut=G1588167&adulb=multiple&ad

usn=multiple&aduat=webpage&adupt=awareness&sf_id=7015x000000SKqGAAW

);

Об опыте применения ГИС-технологий для изучения изменений среднегодовой температуры воздуха на территории европейской части России (

http://intercarto.msu.ru/jour/data/s9/article701.pdf

);

1.6 Гис «Черное море»

Картографическое моделирование техногенного загрязнения

Геленджикской бухты (86-95.pdf);

Применение информационных технологий в решении экологических проблем (

https://moluch.ru/archive/437/96202

);

Технология обработки данных мониторинга состояния окружающей среды (

https://gisinfo.ru/techno/procmonitordata.htm

);

Использование вегетационных индексов для анализа растительности

(

https://gisproxima.ru/ispolzovanie_vegetatsionnyh_indeksov

);

Программа по охране окружающей среды в Черном море (

BSEP

) (

https://iwlearn.net/iw-projects/397

);

ГИС Аксиома (https://axioma-gis.ru/product/axioma);

ГИС Панорама (https://gisinfo.ru/);

ГИС

ArcQIS

(https://www.esri.com/ru-ru/arcgis/geospatial-platform/overview);

ГИС

QGIS

(https://qgis.org/).