Определение мест загрязнения почв под стихийными свалками с помощью аэрофотосъемки с беспилотного летающего аппарата Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ

УДК 631:659.78:528(075)

М.А. Солоха1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ПОД СТИХИЙНЫМИ СВАЛКАМИ С ПОМОЩЬЮ АЭРОФОТОСЪЕМКИ С БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАЮЩЕГО АППАРАТА

1Национальный научный центр «Институт почвоведения и агрохимии имени А.Н.Соколовского», 61024, Харьков,ул. Чайковского, 4, Украина, e-mail: pochva@meta.ua Аннотация. В данной статье описан опыт по разработке методического подхода к оперативному поиску стихийных свалок на территории за короткие временные сроки с помощью беспилотника, которьш позволил разработать и осуществить план мероприятии по рекультивации существующих стихииных свалок, а также отслеживать в дальнеишем появление новых свалок для своевременнои их рекультивации. На основе многократно повторяющихся съемок однои и тои же территории наидены закономерности размещения стихииных свалок, создана база данных, определены места отбора проб для исследования влияния стихииных свалок на основные агрохимические показатели почвы.

Ключевые слова: стихииные свалки, загрязнение почвы, беспилотныи летающии аппарат, дистанционное зондирование.

ВВЕДЕНИЕ На протяжении 2012-2015 годов на территории нескольких раИонов ХарьковскоИ области (Украина) проводились инновационные исследования по поиску стихииных свалок и отслеживанию последующеи их рекультивации с помощью беспилотного летающего аппарата. В результате многократно повторяющихся съемок однои и тои же территории отработан методическии подход поиска стихииных свалок и наидены закономерности их размещения: удаление от населенных пунктов, обязательное наличие дорог. Наиденные закономерности легли в основу поиска подобных объектов на территории всех раионов

исследования. С помощью беспилотного летающего аппарата наидены свалки даже спрятанные под листвои и почвои, в оврагах. Идентифицированы также свалки на частнои территории с ограниченными возможностями назем-нои проверки. На основе фотографии с беспилотного летающего аппарата вместе с областными властями составлена оперативная карта стихииных свалок исследуемых

административных районов области, проверены и идентифицированы все сфотографированные свалки. С помощью ГИС системы составлена база данных описи стихииных свалок и приняты решения по их рекультивации. Каждому представителю местнои власти в раионах были разосланы выдержки из базы данных свалок, наиденных на территории, за которую они несли ответственность, и дан срок по рекультивации мусора. Позже была проведена съемка для проверки выполнения поставленных задач по рекультивации и областным властям представлена обновленная карта рекультивированных свалок.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследований - почвы северных районов Харьковской области под стихийными свалками.

Регистрацию каналов модели RGB выполняли с помощью фотоаппарата Pentax W60, установленного на БЛА. Технические характеристики: 1/2,3" CCD-матрица, затвор при съемке: 1/51/320. ISO 50-1600 в режиме Digital SR (5 Мп). Съемка проводилась в дневные часы (с 9,30 до 17,00) с разных позиции и направлении визирования.

Спектральная яркость вычислялась в программном комплексе Edas Image 9,1. Высота полета БЛА над тестовыми площадками колебалась в диапазоне от 80 м до 100 м, съемка проводилась при разных условиях освещения и облачности для наработки методических решении по снижению влияния этих факторов на достоверность информации.

В отобранных образцах определялось содержание подвижных соединении фосфора и калия (по методу Мачигина), рН воднои вытяжки и содержание соединении меди, железа, марганца, цинка в буфернои аммониино-ацетатнои вытяжке с РН 4,8 методом атомно-абсорбционнои спек-трофотомерии. Все аналитические работы проводились согласно деиствующим национальным стандартам Украины.

Наличие и характеристики стихииных свалок, установленных дистанционно, заносили в базу данных в ГИС пакете. Затем производилось моделирование тематического слоя стихииных свалок и построение базы данных с их характеристиками, с их географическои привязкои в Mapinfo.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ последних исследовании и публикации показал растущии интерес к вопросам загрязнения почв: влиянию различных видов загрязнения на окружающую среду в целом и на почву в частности, способам обнаружения источников загрязнения и после-дующеи рекультивации последствии.

Значительным источником

загрязнения почвы являются свалки бытовых и производственных отходов. В результате исследовании влияния свалок на окружающую среду посредством анализа мест

складирования и захоронения отходов производства и потребления определено, что территории обследованных полигонов экологически опасны [1-5].

Поэтому своевременное и оперативное обнаружение стихиИных свалок для их последующеи рекультивации являются актуальным вопросом. Так, например, Владимиров С.А., Карчевскии А.А. (2010) [2] применили смотровои метод поиска стихииных свалок, в котором главная роль поиска отводится человеку. Использование беспилотного летающего аппарата позволяет получить оперативную и актуальную информацию используемую, как для обнаружения стихииных свалок, так и для оценки и контроля проведения работ по их рекультивации.

Проект мониторинга стихииных свалок выполнялся в течение нескольких суток в интересах Государственного управления экологии и природных ресурсов в Харьковскои области. Перед проведением мониторинга была предложена гипотеза относительно определения местоположения свалок, суть которои заключается в доступности местоположения свалки и удобства складирования отходов. Свалки согласно гипотезе должны быть расположены вдоль асфальтовых или грунтовых дорог, или лесопосадок, то есть был введен первыи признак расположения стихиинои свалки: доступность из-за наличия дороги. После проведения аэрофотосъемки на основе анализа полученнои

информации установлено, что места под стихииными свалками

расположены не так далеко (до 1 км) от ближаишего населенного пункта. То есть выявлен еще один признак -расстояние от поселка или города до свалки.

Таким образом, характер пространственного расположения свалок имеет явно выраженныи характер транзита - мусор сбрасывается с автомашин в процессе поездки (дом - работа, работа - дом,

дача - дом). Попадание мусора на свалку также имеет две основные черты: вывоз на собственных автомашинах и вывоз мусора на мусоровозах (водители экономят топливо засоряя территорию вокруг обустроенных свалок).

Также на основе анализа полученных снимков установлено, что наибольшии удельныи вес на свалке имеет пластик (бутылки и пакеты), которыи в видимом спектре предоставляет отметку близкую к почти белому цвету при общем доминировании темного цвета почвы. Следовательно, еще одним признаком свалки является контрастность по отношению к окружающеи среде. Именно контрастныи белыи цвет указывает на расположение свалки (как обустроеннои, так и стихиинои) (рисунок 1, 2).

Выдвинутые положения были применены в методическом подходе к выявлению и нанесению на электронную карту стихииных свалок. Данныи подход был реализован в виде электроннои карты территории северных районов Харьковскои области (М 1:5000). Вокруг каждого населенного пункта с помощью ГИС пакета (Mapinfo) построены круги радиусом не более 1 км от границы каждого населенного пункта. С целью повышения информативности и оперативности выявления стихииных свалок применена технология аэрофотосъемки земнои поверхности, основанная на использовании беспилотного летательного аппарата (БПЛА) [6-8]. С помощью этого аппарата былы получены детальные (плановые и перспективные) аэрофотоснимки территории свалок (разрешение снимке 5 см) (рисунок 1, 2).

Снимки обрабатывались с полученные данные заносились в базу помощью пакета анализа ErdasImage и данных (таблица 1).

Рисунок 2 - Пример стихийной свалки в прямоугольнике в овраге внутри поля

Таблица 1 - изображение базы данных стихииных свалок Дергачевского раиона Харьковскои области (фрагмент)

ш Рельеф Широта Долгота Размер, м2 Объем, м3 Качественныи состав

84 поле 50,04639 35,83285 500 50 5200,3;

94 склон 50,04196 35,85004 40 8 5200,3;

97 опушка 50,03787 35,86961 200 30 5200,3;

96 опушка 50,01408 35,84218 6000 20000 5200,3

98 овраг 50,03139 35,87866 300 40 5200,3;

93 склон 50,0536 35,84845 6000 800 5200,3;

91 склон 50,0542 35,85294 80 20 5200,3;

82 опушка 50,06256 35,83304 2 1 5200,3;

87 склон 50,05349 35,86001 80 10 5200,3;

74 склон 50,07101 35,8717 4000 120 5200,3;

75 склон 50,07066 35,87192 2400 100 5200,3; 1413,3

76 склон 50,07009 35,8724 2500 40 5200,3;

77 склон 50,06965 35,87279 2500 50 5200,3;

78 склон 50,06922 35,87324 600 40 5200,3;

База данных также содержала информацию о наличии фильтрата, качественных показателеи загрязнения почвы, радиоактивности, органолептических своиствах и расстоянии до населенного пункта.

В результате проведения работы с помощью ГИС технологии были построены картосхемы расположения стихииных свалок на территории каждого раиона (рисунок 3).

Рисунок 3 - Северные раионы Харьковскои области. Звездочками показано расположение стихииных свалок

После ранжирования свалок по степени опасности все списки и сопутствующая информация были официально переданы в органы местного самоуправления в раионы, и был дан срок в несколько месяцев на рекультивацию свалок: переработке на месте мусора, вывозу на полигоны твердых бытовых отходов или сжигании с последующим нанесением почвенного слоя на эту территорию. Исходя из их опасности для окружающеи среды предложено как минимум двухступенчатая схема рекультивации, когда в первую очередь рекультивируются самые опасные свалки, а после все остальные.

Представители власти разработали двоиную схему контроля за выполнением рекультивации свалок, которая заключалась в повторнои работе по облету территории раионов и наземнои проверке самими представителями власти на местах. Таким образом, проверялась модель управления стихииными свалками в

реальном режиме времени. Спустя два месяца была проведена работа по повторному облету территории северных раионов Харьковскои области. Результат работы представлен на рисунке 4.

Следующим этапом работы было исследование влияния стихииных свалок на почву. На основе имеющихся данных и снимков стихииных свалок были намечены места отбора проб для последующего лабораторного анализа (рисунок 5, 6).

Отбор образцов со стихииных свалок намечался исходя из рельефа и местоположения свалок. На основе собственного опыта замечено, что наиболее опасные стихииные свалки находятся на уклонах и оврагах, что приводит к увеличению фильтрата и промывок в почве. Также необходимо было проверить воздеиствие стихиинои свалки на почвы возделываемого поля (уплощенныи рельеф).

Рисунок 4 - Рекультивированные свалки (отмечены зелеными точками, красные точки - остались не рекультивированными)

> ЧЕЯВАЙ

ШКЕЗйЯ V

V

Рисунок 5 - Стихииная свалка на поле (Точки 1.0-1.3)

Рисунок 6 - Стихииная свалка на склонах и поле. Точки (2.0-2.4)

В отобранных образцах определялось содержание подвижных соединении фосфора и калия (по методу Мачигина), рН воднои вытяжки и содержание соединении меди, железа,

марганца, цинка в буфернои аммониино-ацетатнои вытяжке с рН 4,8 методом атомно-абсорбционнои спек-трофотомерии (таблица 2, 3).

Таблица 2 - Агрохимические показатели почвы под стихииными свалками

№ Номера отбора образцов Содержание Р2О5, мг/кг Содержание К2О, мг/кг рНводн., ед. рН

1 1.0 87,02 192,21 6,49

2 1.1 212,05 797,71 6,93

3 1.2 47,86 315,71 8,05

4 1.3 16,72 154,24 7,99

5 2.0 28,40 149,42 6,48

6 2.1 45,57 175,93 6,55

7 2.2 113,81 568,76 7,68

8 2.3 72,36 388,01 5,80

9 2.4 159,84 291,61 6,86

Таблица 3 - Содержание подвижных соединении тяжелых металлов в образцах

№ Номера отбора образцов Содержание подвижных соединении, мг/кг

^ Fe Mn № Pb Zn Cd

1 1.0 1,865 0,950 6,910 3,295 0,440 1,015 2,365 3,395 0,210

2 1.1 0,805 1,655 7,475 1,435 2,255 2,915 1,800 4,580 0,055

3 1.2 0,400 3,675 2,580 1,710 1,410 4,545 3,260 9,850 0,055

4 1.3 0,200 1,665 6,490 1,515 0,375 5,400 2,920 0,790 0,470

5 2.0 1,145 1,665 9,495 1,255 1,565 2,390 1,855 0,765 0,520

6 2.1 0,725 1,060 7,665 2,880 1,150 3,685 0,685 0,685 0,170

7 2.2 0,940 3,339 12,15 5 1,865 0,165 3,210 1,095 2,848 0,495

8 2.3 1,210 1,075 8,365 2,690 0,715 1,145 1,065 2,010 0,325

9 2.4 0,360 0,450 24,68 5 1,160 1,150 0,565 0,655 15,940 0,190

В большинстве отобранных образцов наблюдается высокое и очень высокое содержание подвижных соединении фосфора и калия. Содержание подвижных соединении фосфора в образцах отобранных на первои свалке колеблется от 16,72 мг/кг почвы до 212,05 мг/кг почвы, что превышает норму в 3,5 раза, на второи свалке - от 28,40 мг/кг почвы до 159,84 мг/кг почвы, что превышает норму в 2,65 раза. Похожая ситуация и относительно содержания в образцах подвижных соединении калия: на первои свалке -от 154,24 мг/кг почвы до 797,71 мг/кг почвы (превышает норму в 1,99 раза), на второи свалке - от 149,42 мг/кг почвы до 568,76 мг/кг почвы. Это говорит о значительном накоплении подвижных соединении фосфора и калия в почве за период деиствия стихииных свалок.

Анализ почвенных образцов на наличие тяжелых металлов не выявил какого либо значительного превышения их в образцах. Хотя по гипотезе именно превышение по тяжелым металлам было основное в идее проведения исследования.

ВЫВОДЫ

1. Практически все стихииные свалки находятся на расстоянии не более 1 км от края населенного пункта.

2. Под стихииные свалки используют, как правило, лесополосу, карьер, овраг или краи поля. То есть к каждому из свалок можно добраться на автотранспорте.

3. За период деиствия стихииных свалок происходит накопление подвижных соединении фосфора и калия в почве.

4. Превышения тяжелых металлов в почвенных образцах исследуемых стихииных свалок не обнаружено.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Применение спутниковых снимков. - Режим доступа к журналу: http:// www.tvis.com.ua/USE.htm, free.

2 Владимиров С.А. Эколого-ландшафтныи мониторинг полигонов твердых бытовых отходов в республике Адигея / С.А. Владимиров, А.О. Карчевскии. -Режим доступа к журналу: http://masters.donntu.edu.ua/2008/ggeo/minyailo/lib/ st5.htm

3 Луконина О.А. Влияние полигонов твердых бытовых и промышленных отходов на состояние окружающеи среды / О.А. Луконина, Е.С. Булгаков, О.И. Старцев // Известия ВУЗов. Геология и разведка. - 2000. - №4. - С. 126-133.

4 Полтавцев С.И. Современное состояние и новые тенденции строительства полигонов для хранения бытовых и малотоксичных отходов / С.И. Полтавцев // Известия Академии промышленнои экологии. - 1997. - № 1. - С. 6-8.

5 Эколого-геологическии мониторинг полигонов твердых отходов / В.А. Королев, Д.Б. Неклюдов, Б.А. Новаковскии, Н.И. Тульская // Экология и промышленность России. - 2001. - №7. - С. 39-43.

6 Солоха М.О. Проблеми та перспективи аеромонггорингу грун™ / М.О. Солоха, С.А. Балюк // Вюник Харювського нащонального аграрного ушверситету iменi В.В. Докучаева. - 2009. - №3. - С. 29-34.

7 Солоха М.О. Використання аерофотозшмюв для оперативного визначення еколого-агромелюративного стану земель / М.О. Солоха, А.А. Лкняк // Агрохiмiя i Грунтознавство. - 2010. - Спец. Вип.. Кн. 2. - 348 с.

8 Солоха М.О. Сайг розробниюв БПЛА для еколопчних завдань. - Режим доступа к журналу: www.solomax.org.ua

9 Класифжатор вiдходiв. - Режим доступа к журналу: http:// prostonauka.com/klasyfikator-vidhodiv.

REFERENCES

1 Primeneniye sputnikovykh snimkov. - Rezhim dostupa k zhurnalu: http:// www.tvis.com.ua/USE.htm, free.

2 Vladimirov S.A. Ekologo-landshaftny monitoring poligonov tverdykh bytovykh otkhodov v respublike Adigeya / S.A. Vladimirov, A.O. Karchevsky. - Rezhim dostupa k zhurnalu: http://masters.donntu.edu.ua/2008/ggeo/minyailo/lib/st5.htm

3 Lukonina O.A. Vliyaniye poligonov tverdykh bytovykh i promyshlennykh otkhodov na sostoyaniye okruzhayushchey sredy / O.A. Lukonina, Ye.S. Bulgakov, O.I. Startsev // Izvestiya VUZov. Geologiya i razvedka. - 2000. - №4. - S. 126-133.

4 Poltavtsev S.I. Sovremennoye sostoyaniye i novye tendentsii stroitelstva poligonov dlya khraneniya bytovykh i malotoksichnykh otkhodov / S.I. Poltavtsev // Izvestiya Akademii promyshlennoy ekologii. - 1997. - № 1. - S. 6-8.

5 Ekologo-geologichesky monitoring poligonov tverdykh otkhodov / V.A. Korolev, D.B. Neklyudov, B.A. Novakovsky, N.I. Tulskaya // Ekologiya i promyshlennost Rossii. -2001. - №7. - S. 39-43.

6 Solokha M.O. Problemi ta perspektivi ayeromonitoringu gruntiv / M.O. Solokha, S.A. Balyuk // Visnik Kharkivskogo natsionalnogo agrarnogo universitetu imeni V.V. Dokuchaeva. - 2009. - №3. - S. 29-34.

7 Solokha M.O. Vikoristannya ayerofotoznimkiv dlya operativnogo viznachennya ekologo-agromeliorativnogo stanu zemel / M.O. Solokha, A.A. Lisnyak // Agrokhimiya i Truntoznavstvo. - 2010. - Spets. Vip.. Kn. 2. - 348 s.

8 Solokha M.O. Sayt rozrobnikiv BPLA dlya ekologichnikh zavdan. - Rezhim dostu-pa k zhurnalu: www.solomax.org.ua

9 Klasifikator vidkhodiv. - Rezhim dostupa k zhurnalu: http://prostonauka.com/ klasyfikator-vidhodiv.

ТУШН М.А. Солоха1

ПИЛОТСЫЗ ¥ШК;ЫШ АППАРАТПЕН АЭРОФОТОТУС1Р1Л1М НЕГ1З1НДЕ АПАТТЫ ^О^ЫСПЕН ЛАСТАНFАН ТОПЫРАК; ОРЫНДАРЫН АНЬЩТАУ 1«А.Н. Соколов атындагы топырацтану жэне агрохимия институты» ¥лттык гылыми орталыгы 61024, Харьков, Чайковский квш, 4, Украина,

e-mail: pochva@meta.ua Бул ма;алада ;ыс;а уа;ыт кезещ iшiнде ез аумагындагы eздiгiнен к;ок;ыс полигондарын пилотсыз уш;ыш аппартапен жедел iздестiретiн, кездегi ;о;ыс

тепндыерш ;алпына келтiру боиынша ic-шаралар жоспарын эзiрлеу жэне icKe асыру тэжiрибесi кeрсетiлген, сондаи-а; алдагы уа;ытта жаца полигондардьщ уа;ытылы ;алпына келтiрiлуiн ;амтамасыз етедi. Сол аума;тьщ ;аиталама зерттеулершщ негiзiнде eздiгiнен ;о;ыс орындарын орналастыру зацдыльщтары аньщталды, деректер базасы курылды, топыра;тьщ негiзгi агрохимиялы; кeрсеткiштерiне ;о;ыс полигондарынан эсерiн зерттеу Yшiн топыра; Yлгiлерiн алу нYктелерi аньщталды.

ТYйiндi свздер: апатты ;о;ыстар, топыра;тыц ластануы, пилотсыз ушатын аппараттар, ;ашы;тан зондтау.

SUMMARY M. Solokha1

DETERMINATION OF SOIL POLLUTION POINTS UNDER NATURAL DRAWINGS WITH AEROPHOTOSIS WITH A FREE FLYING EQUIPMENT 11National scientific center «Institute for soil science and agrochemistry research named after O.N.Sokolovsky», 61024, Kharkiv, 4, Chaikovska Str., Ukraine, e-mail: poch-

va@meta.ua

This article describes the experience in developing a methodological approach to the operational search of spatial landfills in the territory for short periods of time with the help of a drone that allowed the development and implementation of a plan of measures for the remediation of existing spatial landfills, as well as tracking the emergence of new landfills for timely reclamation. On the basis of repeatedly taking pictures of the same territory, patterns of placement of the landfills are found, a database was created, sampling points were determined for the study of the influence of spontaneous dumps on the basic agrochemical indicators of the soil.

Key words: spontaneous dumps, soil contamination, unmanned aerial vehicle, remote sensing.