CC BY
4
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Научная статья
УДК 502.171:546.212:574.58
doi: 10.18522/1026-2237-2023-3-131-139
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ МЕСТ РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ В ВОДООХРАННЫХ ЗОНАХ
Г.И. Скрипка1, В.В. Сапрыгин2, О.В. Ивлиева3, Л.А. Беспалова4, В.В. Глинка
1, 2, з, 4, 5Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов, Ростов-на-Дону, Россия
3 4Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
1skripka.grisha@yandex. ги
2уу. saprygin@gmail.com
3^Неуа. o@mail.ru
4bespalowaliudmila@yandex.ru
5vadim-glinka@mail.ruв
Аннотация. Размещение отходов производства и потребления в водоохранных зонах водных объектов относится к нарушениям водного законодательства Российской Федерации. Использование материалов, полученных с помощью БПЛА, значительно расширяет возможности определения складируемых отходов. БПЛА применяются для оперативного выявления несанкционированных мест размещения отходов в границах водоохранных зон Цимлянского водохранилища. В работе представлены возможности использования ортофотопланов и фотоматериалов, полученные в ходе натурных обследований, которые выполнены РосНИИВХ в 2019-2021 гг. По результатам исследования наибольшее скопление твёрдых бытовых отходов приурочено к населённым пунктам. Наибольшее количество складируемых в водоохранной зоне отходов находится на территории Дубовского и Цимлянского районов Ростовской области, а также на территории Калачёвского района Волгоградской области. Обнаруженные с помощью БПЛА свалочные очаги по составу преобладающих в них отходов были разделены на пять групп: твердые бытовые отходы, строительные отходы, органические отходы, металл и неопределенного состава. До 42 % свалочных отходов в водоохранной зоне водохранилища приходится на твердые бытовые отходы, не менее 25 % свалочных очагов представлено строительными отходами и 20 % - органическими отходами.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, водоохранная зона, Цимлянское водохранилище, отходы производства и потребления, свалочный очаг
Для цитирования: Скрипка Г.И., Сапрыгин В.В., Ивлиева О.В., Беспалова Л.А., Глинка В.В. Опыт использования беспилотных летательных аппаратов для выявления мест размещения отходов в водоохранных зонах // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2023. № 3. С. 131-139.
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
© Скрипка Г.И., Сапрыгин В.В., Ивлиева О.В., Беспалова Л.А., Глинка В.В., 2023
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Original article
USE OF UNMANNED AERIAL VEHICLES TO DETECT THE DISPOSAL SITES OF INDUSTRIAL AND CONSUMER WASTE IN WATER PROTECTION ZONES
OF WATER BODIES
G.I. Skripka1, V.V. Saprygin2, O.V. Ivlieva3, L.A. Bespalova4, V.V. Glinka5B
i, 2,3,4,5Russjan Research Institute for the Integrated Use and Protection of Water Resources, Rostov-on-Don, Russia
3 4Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
1skripka.grisha@yandex. ru
2vv. saprygin@gmail.com
3ivlieva. o@mail.ru
4bespalowaliudmila@yandex.ru
5vadim-glinka@mail.ruB
Abstract. Disposal of industrial and consumer waste in water protection zones of water bodies is a violation of water legislation of the Russian Federation. The use of materials obtained with the help of unmanned aerial vehicles (UAVs) significantly expands the possibilities for determining stored waste. UAVs are used for prompt identification of unauthorized waste disposal sites within the boundaries of the water protection zones of the Tsim-lyansk reservoir. The paper presents the possibilities of using orthophotoplans and photo materials obtained during field surveys carried out by the Russian Research Institute for the Integrated Use and Protection of Water Resources in 2019-2021. According to the research results, the largest accumulation of solid household waste is localized in the water protection zone of large cities and villages. The largest amount of waste stored in the water protection zone is located in the Dubovsky and Tsimplansk districts of the Rostov region, as well as in the Kalach-yovsky district of the Volgograd region. Dumping sites detected with the help of UAVs based on the composition of the predominant waste were divided into five groups: solid household waste, construction waste, organic waste, metal, and waste ofunknown composition. Up to 42 % of landfill waste in the water protection zone of the reservoir is solid domestic waste, at least 25 % of landfill sites are construction waste and 20 % are organ waste.
Keywords: unmanned aerial vehicle, water protection zone, Tsimlyansk reservoir, industrial and consumer waste, dumping site
For citation: Skripka G.I., Saprygin V.V., Ivlieva O.V., Bespalova L.A., Glinka V.V. Use of Unmanned Aerial Vehicles to Detect the Disposal Sites of Industrial and Consumer Waste in Water Protection Zones of Water Bodies. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2023;(3):131-139. (In Russ.).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY4.0).
Введение
Размещение отходов производства и потребления в водоохранных зонах водных объектов относится к нарушениям водного законодательства Российской Федерации [1], выявление которых является одной из задач Федерального агентства водных ресурсов [2].
В ходе наземных обследований, осуществляемых подведомственными Росводресурсам территориальными подразделениями ФГБВУ «Центррегионводхоз» по согласованным маршрутам, удаётся обнаружить и задокументировать информацию только по незначительной части свалочных очагов, расположенных в водоохранной зоне.
Использование материалов, полученных с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), значительно расширяет возможности определения складируемых отходов. В последние
годы для обследования мест размещения отходов всё более активно используются БПЛА [3-6]. Однако обычно речь идёт не о поиске и определении параметров скоплений отходов в водоохранных зонах водных объектов, а об обследовании достаточно крупных объектов, расположенных вблизи населённых пунктов. Для оперативного выявления несанкционированных мест размещения отходов в границах водоохранных зон водных объектов БПЛА пока активно не используются. В данной статье на примере обследования водоохранной зоны Цимлянского водохранилища показаны возможности использования БПЛА для выявления и анализа свойств свалочных очагов на территории водоохранных зон водных объектов. Представленные в статье материалы получены в ходе натурных обследований, выполненных РосНИИВХ в 2019-2021 гг. при обследовании побережья Цимлянского водохранилища.
Материалы и методы исследования
В результате наземных обследований, осуществляемых сотрудниками филиала УВРЦВ ФГБВУ «Центррегионводхоз» в 2019-2022 гг., обнаружено только 49 свалочных очагов (табл. 1). В ходе полётов, выполненных в 2019-2021 гг. на территории 5 муниципальных районов в границах водоохранной зоны, БПЛА зафиксировано 715 свалочных очагов (при этом складирование отходов на частных подворьях и территориях хозяйственных объектов не учитывалось). Наибольшее их количество находится на территории Дубовского и Цимлянского районов Ростовской области, а также Калачёвского района Волгоградской области.
Непосредственно идентификация свалочных очагов с применение БПЛА осуществлялась в ходе камеральной обработки снимков. Полученные снимки при помощи программного обеспечения Agisoft Metashape обрабатывались для получения ортофотопланов, на которых выделялись свалочные очаги, определялись их площадные характеристики и состав.
Сопоставление с данными наземных наблюдений, выполненных в ходе плановых обследований контролирующими органами, показывает, что все отмеченные ими объекты, кроме нескольких небольших скоплений твёрдых бытовых отходов (ТБО), закрытых густой кроной деревьев, были зафиксированы и с БПЛА. В то же время в большинстве районов количество мест размещения отходов, обнаруженных с помощью БПЛА, превышает, нередко многократно, число свалок, выявленных при наземных обследованиях (табл. 1). При наземных обследованиях, осуществляемых по определенному маршруту, невозможно зафиксировать всё многообразие отходов в водоохранной зоне.
Таблица 1 / Table 1
Количество мест размещения отходов, выявленных в водоохранной зоне Цимлянского водохранилища в 2019-2021 гг. / The number of waste disposal sites identified in the water protection of the Tsimlyansk reservoir in 2019-2021
Муниципальный район Количество свалочных очагов, выявленных по материалам дистанционных обследования с БПЛА в 2019-2021 гг. Максимальное количество свалочных очагов, выявленных в ходе наземных обследований филиала УВРЦВ ФГБВУ «Центррегионводхоз» в 2019-2022 гг.
Дубовский 115 5
Цимлянский 226 19
Котельниковский 22 2
Калачёвский 252 17
Суровикинский 98 4
Октябрьский 2 2
Итого 715 49
Результаты и их обсуждение
По результатам исследования наибольшее скопление твёрдых бытовых отходов приурочено к населённым пунктам. На правобережье Цимлянского водохранилища свалки ТБО отмечены в районе х. Крутой, х. Саркел, ст. Хорошевская, ст. Калининская, ст. Нижний Чир, х. Попов, ст. Голубинская. На левом берегу Цимлянского водохранилища в районе г. Калача-на-Дону
наблюдается также значительное скопление отходов хозяйственной деятельности, зафиксированных в границах предприятий, портов и земельных участков. Высокая степень загрязнения водоохранной зоны на левобережье водохранилища наблюдается в х. Красноярский, х. Кривский, с. Жуковская и с. Овчинников.
Выявленные места складирования отходов по материалам съёмки с БПЛА могут быть ранжированы по занимаемой ими площади, расположению относительно береговой линии водохранилища и элементов рельефа поверхности водоохранной зоны, а также морфологическому составу складируемых отходов.
Обнаруженные с помощью БПЛА свалочные очаги по составу преобладающих в них отходов можно разделить на пять групп:
- свалочные очаги с заметным преобладанием в составе ТБО или комплексного состава без значительного преобладания одного из компонентов;
- свалочные очаги строительных отходов (битый кирпич или различные минеральные отходы, древесные материалы, возможно наличие небольших количеств металла и других материалов);
- свалочные очаги органических отходов (преимущественно навоз);
- свалочные очаги с резким преобладанием металлолома;
- морфологический состав свалочного очага однозначно не определён.
Для населенных пунктов, расположенных в водоохранной зоне, был осуществлен подсчет складируемых отходов по их вещественному составу. На рис. 1 показан вещественный состав отходов в границах х. Карнауховский и ст. Калининская.
Рис. 1. Вещественный состав отходов в районе х. Карнауховского и ст. Калининской / Fig. 1. The material composition of waste in the region Karnaukhovsky, Kalininskaya
Общее количество мест несанкционированного размещения в водоохранной зоне водохранилища отходов производства и потребления на территории обследованных с использованием БПЛА муниципальных районов и разделение их по вещественному составу приведено в табл. 2.
Таблица 2 / Table 2
Количество свалочных очагов разного вещественного состава водоохранной зоны Цимлянского водохранилища, выявленных с использованием БПЛА в 2019-2021 гг. / The number of dump sites of different material composition in the water protection zone of the Tsimlyansk reservoir, identified using UAVs in 2019-2021
Муниципальный район Всего свалок по району Вещественный состав отходов
ТБО Стройматериалы Органические отходы Металлолом Неопределённого состава
Дубовский 115 60 25 19 2 9
Цимлянский 226 106 52 48 5 15
Котельниковский 22 3 5 6 - 8
Суровикинский 98 41 26 15 10 6
Октябрьский 2 2 - - - -
Калачёвский 252 90 72 55 14 21
Итого 715 302 180 143 31 59
По встречаемости в вещественном составе в водоохранной зоне побережья Цимлянского водохранилища преобладают ТБО. Обычно это небольшие по размерам (площадью до нескольких десятков квадратных метров) свалочные очаги, сконцентрированные преимущественно на территории населённых пунктов или на незначительном удалении от них. Свалочные очаги ТБО широко представлены во всех обследованных районах, кроме Котельниковского. Лидируют по количеству свалочных очагов Цимлянский, Дубовский и Калачёвский районы, которые имеют наибольшее количество населенных пунктов в прибрежной зоне водохранилища.
Значительна также доля отходов строительных материалов, представленных остатками разрушенных жилых и хозяйственных строений, скоплением битого кирпича, досок и брёвен, среди которых могут встречаться в небольших количествах и отходы других групп. В большинстве районов их доля не опускается ниже 22 % от всех обнаруженных свалочных очагов (рис. 2).
Наиболее высока она в Калачёвском районе Волгоградской области - более 31 %. Размеры свалочных очагов отходов строительных материалов отличаются большим разнообразием.
По размеру занимаемой площади свалочные очаги разбиты были на три группы площадью:
- до 30 м2;
- до 300 м2;
- более 300 м2.
Наряду с небольшими скоплениями встречены и максимальные для рассматриваемого региона свалки отходов, площадь которых составляет не менее 300 м2 (рис. 3). Возможно, часть выявленных свалочных очагов этой группы на самом деле является строительными материалами, заготовленными для хозяйственных нужд, но беспорядочно складированными. Точная информация о составе и характере данных свалок может быть дополнена только при наземном обследовании.
Максимальную опасность для экологического состояния территории водоохранной зоны и акватории водохранилища представляют места размещения органических отходов. Чаще всего свалочные очаги органических отходов имеют площадь в несколько десятков квадратных метров. Наибольшее их количество зафиксировано в Калачёвском (55 свалочных очагов) и Цимлянском (48 свалочных очагов) районах. Значительное число мест складирования навоза зафиксировано в Дубовском (19) и Суровикинском (15) районах. На первом месте по доле складирования отходов животноводства (30 %) от общего количества выявленных свалочных очагов стоит Су-ровикинский район.
Особую опасность для экологического состояния водохранилища представляют скопления отходов животноводства, размещённые в балках, открывающихся в него, или расположенные на незначительном расстоянии от его побережья. Именно на их выявление и ликвидацию должно быть обращено особое внимание контролирующих органов.
Рис. 2. Видовой состав отходов водоохранной зоны муниципальных районов Цимлянского водохранилища / Fig. 2. Species composition of waste in the water protection zone of municipal districts of the Tsimlyansk reservoir
Рис. 3. Размещение строительных отходов на берегу Цимлянского водохранилища в х. Овчинников (Дубовский муниципальный район) / Fig. 3. Placement of construction waste on the banks of the Tsimlyansk reservoir in the village Ovchinnikov (Dubovsky municipal district)
Вещественный состав отходов для 8 % свалочных очагов по материалам дистанционных обследований установить не удалось. Необходимо дообследование данных участков при выполнении наземных маршрутов. Особенно высока доля свалочных очагов, морфологический состав которых по данным дистанционных обследований установить не удалось (более 36 %), в Котель-никовском районе. В остальных муниципальных районах доля свалочных очагов неопределённого состава по данным наблюдения с БПЛА составляет 6-8 %.
Материалы съёмки с БПЛА также однозначно свидетельствуют о значительном захламлении волноприбойной зоны пляжей отходами различного состава. Небольшие свалочные очаги, преимущественно состоящие из пластиковой и стеклянной тары, полиэтиленовых пакетов, консервных банок, встречены практически на всех участках прибрежной защитной полосы, используемой населением для неорганизованного отдыха или организации рыболовных станов. В промежутках между ними зачастую также отмечаются скопления пластиковой тары и других продуктов антропогенной деятельности, вынесенные сюда в результате волновой деятельности водохранилища (рис. 4). В ходе плановых наземных маршрутов эти скопления отходов, оказывающие существенное негативное воздействие на водный объект, практически никогда не обследуются.
Рис. 4. Скопление пластиковых бутылок в волноприбойной зоне Цимлянского водохранилища в Дубовском районе / Fig. 4. Accumulation of plastic bottles in the wave-cut zone of the Tsimlyansk reservoir in the Dubovsky district
Выводы
Использование БПЛА для организации мониторинга водоохранной зоны водных объектов позволяет выявить все незакрытые кроной древесной растительности свалочные очаги независимо от их расположения и дает возможность существенно дополнить информацию, полученную в результате наземных маршрутов, утверждённых для обследования.
В большинстве случаев материалы, полученные с использованием БПЛА, позволяют не только обнаружить размещение отходов, но и определить их вещественный, морфологический состав, а также точные размеры занимаемой ими площади, а в ряде случаев - и объём свалок.
Выделение на ортофотопланах свалочных очагов, определение их размеров, вещественного и морфологического состава позволяют определить степень опасности отходов для экологической обстановки прибрежной зоны и состояния водного объекта.
Наибольшее количество свалочных очагов разнообразного вещественного состава выявлено в Дубовском и Цимлянском районах Ростовской области и Калачёвском районе Волгоградской области.
По морфологическому составу резко преобладают свалочные очаги, образованные твердыми бытовыми отходами. Зачастую на них приходится до 42 % свалочных отходов в водоохранной зоне водохранилища. Не менее 25 % свалочных очагов представлено строительными отходами и 20 % представлено органическими отходами.
Наибольшую опасность для экологического состояния водных объектов представляют скопления органических отходов (навоза), расположенные в оврагах, открывающихся в сторону водного объекта.
Свалочные очаги, закрытые древесной растительностью, не могут быть выявлены с помощью БПЛА, поэтому для полного выявления свалок в водоохранной зоне водных объектов необходимо совмещать дистанционное зондирование территории с наземными обследованиями.
Список источников
1. Водный кодекс Российской Федерации: Фед. закон РФ от 03.06.2006 № 74-ФЗ (ред. с изм. и доп. от 01.05.2022) // Консультант Плюс. URL: https://consultant.ru/document/ cons_doc_LAW_60683/?ysclid= =cklfgzdhgh245876991 (дата обращения: 20.04.2023).
2. Об утверждении Положения об осуществлении государственного мониторинга водных объектов: Постановление Правительства РФ от 10.04.2007. № 219. URL: https://base.garant.ru/2162365/?ysclid= lklflcbkrq877112013 (дата обращения: 20.04.2023).
3. Ахметзянова Л.Г., Усманов Б.М., Кузьмин Р.С., Гафуров А.М., Сироткин В.В., Курицин И.Н. Применение результатов аэрофотосъемки, полученных с использованием данных БПЛА, для оценки остаточной емкости полигона отходов на примере Республики Татарстан // Вестн. Удмуртского ун-та. Серия: Биология. Науки о Земле. 2021. Т. 31 (4). С. 404-415. Doi: 10.35634/2412-9518-2021-31-4-404-415.
4. Кушкин А.В. Обзор свободного программного обеспечения для обработки результатов маловысотной аэрофотосъемки с БПЛА // Геодезия, картография, геоинформатика кадастры. От идеи до внедрения: сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. (Санкт-Петербург, 11-13 ноября 2015 г.). СПб.: Политехника, 2015. С. 38-39.
5. Слюсарь Н.Н., Коротаев В.Н., Куликова Ю.В. Визуальное обследование объектов захоронения отходов с использованием беспилотных летательных аппаратов // Вестн. Пермского нац. исслед. политехн. ун-та. Прикладная экология. Урбанистика. 2017. № 4. С. 25-36. Doi: 10.15593/2409-5125/2017.04.02.
6. Титова А.Г. Оценка влияния полигона твердых коммунальных отходов на окружающую среду с использованием междисциплинарного подхода // Проблемы региональной экологии. 2019. № 2. С. 53-58. Doi: 10.24411/1728-323X-2019-112053.
References
1. Water Code of the Russian Federation: Federal Law of the Russian Federation of June 3, 2006 No. 74 [Last valid version with amendments and additions of May 1, 2022]. Consultant Plus. Available from: https// consult-ant.ru/document/cons_doc_LAW_60683/?ysclid=cklfgzdhgh245876991 [Accessed 20th April 2023]. (In Russ.).
2. On approval of the Regulations on the implementation of state monitoring of water bodies: Decree of the Government of the Russian Federation of April 10, 2007 No. 219. Available from: https://base.gar-ant.ru/2162365/?ysclid= lklflcbkrq877112013 [Accessed 20th April 2023]. (In Russ.).
3. Akhmetzyanova L.G., Usmanov B. M., Kuzmin R. S., Gafurov A. M., Sirotkin V. V., Kuritsin I. N. Application of aerial photography results, obtained using UAV data to assess the residual capacity of the waste landfill. Practice of the Republic of Tatarstan. Vestn. Udmurtskogo un-ta. Seriya: Biologiya. Nauki o Zemle = Bulletin of Udmurt University. Series Biology. Earth Sciences. 2021;31(4):404-415, doi: 10.35634/2412-9518-2021-31-4404-415. (In Russ.).
4. Kushkin A.V. Review of free software for processing the results of low-altitude aerial photography from UAVs. Geodesy, cartography, geoinformatics and cadastres. From idea to implementation. Collection of materials of the International Scientifc and Practical Conference (St. Petersburg, November 11-13, 2015). St. Petersburg: Politekhnika Publ.; 2015:38-39. (In Russ.).
5. Slyusar N.N., Korotaev V.N., Kulikova Yu.V. Visual monitoring of waste disposal sites with the use of unmanned aerial vehicles. Vestn. Permskogo nats. issled. politekhn. un-ta. Prikladnaya ekologiya. Urbanistika = PNRPU Bulletin, Applied Ecology. Urban Development. 2017;(4):25-36, doi: 10.15593/2409-5125/2017.04.02. (In Russ.).
6. Titova A.G. Assessment of the impact of solid municipal waste landfills on the environment applying an interdisciplinary approach. Problemy regional'noi ekologii = Regional Environmental Issues. 2019;(2):53-58, doi: 10.24411/1728-323X-2019-112053. (In Russ.).
Информация об авторах
Григорий Иванович Скрипка - ведущий научный сотрудник.
Владислав Владимирович Сапрыгин - кандидат географических наук, старший научный сотрудник. Ольга Васильевна Ивлиева -профессор, кафедра туризма, Южный федеральный университет; ведущий научный сотрудник, Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов.
Людмила Александровна Беспалова -профессор, кафедра океанологии, Южный федеральный университет; ведущий научный сотрудник, Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов. Вадим Васильевич Глинка - младший научный сотрудник.
Information about the authors
Grigory I. Skripka - Leading Researcher.
Vladislav V. Saprygin - Candidate of Science (Geography), Senior Lecturer.
Olga V. Ivlieva - Professor, Department of Tourism, Southern Federal University; Leading Researcher, Russian-Research Institute for the Integrated Use and Protection of WaterResources.
Ludmila A. Bespalova - Professor, Department of Oceanology, Southern Federal University; Leading Researcher, Russian Research Institute for the Integrated Use and Protection of Water Resources. Vadim V. Glinka - Junior Researcher.
Статья поступила в редакцию 12.05.2023; одобрена после рецензирования 20.06.2023; принята к публикации 20.06.2023. The article was submitted 12.05.2023; approved after reviewing 20.06.2023; accepted for publication 20.06.2023.
