Эвтрофикация волжских водохранилищ
Мониторинг цветения воды у Казани и Чебоксар
Темы
Специалисты АО «Терра Тех», дочерней компании холдинга «Российские космические системы» (РКС, входит в Госкорпорацию «Роскосмос») продолжают спутниковый мониторинг «цветения» водоемов. Совместно с некоммерческим фондом «Без рек как без рук» и кафедрой гидрологии суши географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова проведено исследование динамики эвтрофикации водохранилищ Волги.
«Цветение» воды – эвтрофикация - характерно для всех водоемов в летнее время. Продолжительный теплый период, экстремальная жара, сброс коммунальных стоков и вынос удобрений с полей вызывают интенсивное размножение сине-зеленых водорослей. «Цветение» изменяет качество воды и мест пляжного отдыха, нарушает режим работы гидротехнических сооружений и влияет на рыбное хозяйство.
Водохранилища расположены на пойменных участках речной долины, поэтому из-за разложения растительных остатков затопленных земель они обеспечены фосфором и изначально подвержены процессу эвтрофикации. Замедленный сток и наличие плотин способствуют заилению и обмелению водохранилищ, что так же благоприятствует росту водорослей.
Зарастание водоемов бывает естественным и антропогенным. Естественная эвтрофикация связана с обмелением водных объектов из-за накопления донных отложений. Этот процесс может длиться тысячи и десятки тысяч лет.
Антропогенная эвтрофикация вызвана поступлением азота, фосфора и других элементов с коммунальными стоками, дождевым смывом удобрений с полей и из-за разрушения побережий. Она развивается за считанные годы, особенно в водоёмах с замедленным стоком – озёрах, водохранилищах, прудах и прибрежной зоне внутренних морей.
- уменьшение прозрачности воды
- снижение содержания кислорода и связанные с этим заморы рыб
- изменение термического режима водоема
- подщелачивание воды
- световое голодание водорослей
- сокращение площадей нерестилищ
- изменение видового состава водных организмов в сторону упрощения сообществ
- развитие видов, лучше адаптированных к изменяющимся условиям
- появление благоприятных условий для развития патогенной микрофлоры и возбудителей кишечных заболеваний
- засорение берегов остатками водной растительности
- неприятный запах из-за гниения водорослей
- контакт человека с «цветущей» водой может привести к раздражению кожи и слизистых оболочек, желудочно-кишечным нарушениям
- при обилии водорослей нельзя использовать воду для хозяйственных и бытовых нужд.
Космический мониторинг цветения воды
Для мониторинга «цветения» были использованы космические снимки высокого пространственного разрешения участков Куйбышевского и Чебоксарского водохранилищ за летние месяцы 2020-2022 гг. Дешифрирование проводилось с использованием снимков отечественного космического аппарата «Канопус-В», данных из открытых источников и спутниковых изображений с орбитальных группировок дружественных государств. Для каждого изображения был рассчитан индекс NDCI (Normalized Difference Chlorophyll Index), позволяющий определить концентрацию хлорофилла на поверхности воды.
Полевые исследования проводились с 19 по 27 июля 2022 г. на Чебоксарском и Куйбышевском водохранилищах. Мониторинг воды проводится уже несколько лет. Специалисты-гидрологи проводили опробование воды для определения содержания хлорофилла и базовых показателей: мутности, минерализации, химического состава, содержания микропластика и других.
Было выявлено соответствие между рассчитанными значениями NDCI и содержанием хлорофилла в воде: оба показателя повышены по побережьям, между островами и в заливах, например, в месте впадения реки Казанки в Волгу. По мере удаления от побережья значение NDCI падает, как и содержание хлорофилла – из-за больших глубин здесь ниже температура водных масс и меньше влияние стока с суши.
Куйбышевское водохранилище
Чебоксарское водохранилище
Куйбышевское водохранилище
Изучен участок Куйбышевского водохранилища на территории республики Татарстан от Зеленодольска до Казани в период с мая 2020 г. по август 2022 г.
В мае рост водорослей незначителен: вегетационный период в самом начале, а температура воды недостаточна. Единичные скопления водорослей зафиксировано по побережьям, воды которых хорошо прогреваются ввиду малых глубин. Снимки 2021 и 2022 гг. отличаются наличием полей с небольшой концентрацией водорослей в акватории Казани, Свияжска и Введенской слободы, что может быть связано с теплой погодой, выносом сточных вод и характером речного русла: наличие длинных узких островов замедляет течение.
В начале июля площади скоплений водорослей у побережий увеличиваются, зафиксировано движение полей хлорофилла вниз по течению. Акватории Казани и Введенской слободы покрыты большим количеством водорослей, которых особенно много между островами и у мостов. Наиболее интенсивно цветение начала июля 2021 г., наименее – в 2022 г.
Конец июля отличается снижением концентрации водорослей у побережий и их более интенсивным выносом с течением – зафиксированы продольные поля хлорофилла в центре русла. Снимок 2021 года отражает наиболее сильное «цветение» воды.
К августу количество водорослей резко снижается. Сохраняется скопление у Свияжска, появляется движущееся поле хлорофилла на правом берегу Волги у Верхнего Услона, что связано с геометрией русла – река резко поворачивает, и водоросли скапливаются между островами.
Чебоксарское водохранилище
Изучена акватория Чебоксарского водохранилища от границы Чувашии с республикой Марий Эл до города Мариинский посад в период с мая 2020 г. по июль 2022 г.
В мае рост водорослей незначителен: вегетационный период в самом начале, а температура воды недостаточна. Единичные скопления водорослей зафиксировано по побережьям, воды которых хорошо прогреваются ввиду малых глубин. Снимок 2022 гг. отличается наличием поля с небольшой концентрацией водорослей между островами к югу от села Сидельниково.
К концу июня – началу июля площади скоплений водорослей у побережий и между островами увеличиваются. Зафиксированы поля хлорофилла по всей поверхности русла. Появился участок с повышенным значением NDCI западнее поселка Сосновка на левом берегу Волги. Скопление водорослей к югу от Сидельниково увеличилось - значение NDCI для этого участка повышено по сравнению с майским. Наиболее интенсивно «цветение» начала июля 2021 г. – максимальное скопление водорослей отмечено выше плотины Чебоксарской ГЭС, что связано с ее барьерной ролью.
Конец июля и начало августа отличаются снижением концентрации водорослей. Сохраняются участки с повышенным NDCI между островами южнее Сидельниково и западнее Сосновки. Снимок 2021 года отражает наиболее сильное «цветение» воды. Заметно движение полей водорослей с течением, особенно на снимке 2022 г.: ниже плотины Чебоксарской ГЭС значение NDCI ниже, чем на остальной акватории, что связано с регулированием стока. Появились поля «цветения» севернее Новочебоксарска.
Заключение
«Цветение» напрямую влияет на условия использования водоемов: если водорослей много, то использовать воду для питья и приготовления еды нельзя, купание может стать небезопасным, а излюбленные рыбные места теряют в качестве. В результате ухудшается рекреационный потенциал целых регионов, люди выбирают для отдыха другие места, а бюджеты теряют прибыль от туризма.
Космические снимки помогают отслеживать динамику эвтрофикации водоемов и планировать полевые исследования: с их помощью можно зафиксировать места максимальной концентрации водорослей, их площадь и направление движения, оценить масштаб проблемы. Анализ спутниковых изображений позволил установить, что концентрации водорослей на обоих изученных водохранилищах были максимальны в 2021 году.
Ранее был проведен мониторинг цветения токсичных микроводорослей в Приморском крае.