Развитие техногенного ландшафта Павловского буроугольного разреза  (Приморский край) по КФС Landsat

Авторы: М. Ж. Хамзикеева, М.Ж. Шевырёва, С.Л.Шевырёв

Специализированные спутниковые съемки ресурсного и природопользовательского назначения (Terra, Aqua, Landsat и прочие) позволяют
получать информацию с определенным пространственным и временным
разрешением. Ретроспективный мониторинг включает подбор и учет спутниковых
данных, а также их обработку с формированием спектральных индексов, отражающих состояние различных компонентов природной среды.
Цель исследования:
–    Установление современного состояния Павловского буроугольного
разреза;
–    Мониторинг происходящих изменений;
–    Проведение рекомендаций для оптимизации природопользования.
Задачи исследования:
–    Провести подбор материалов ДЗЗ космических аппаратов Landsat
для территории Приханкайской низменности;
–    Подготовить комические снимки и провести дешифрирование
изменений инфраструктуры горнодобывающих предприятий на примере
Павловского буроугольного разреза;
–    Выполнить картирование карьеров, отвалов, установить степень их
обводненности и зарастания, уровень фитобиоиндекса, окисленных руд,
глинистых и железистых минералов;
–    Оценить степень и динамику изменений техногенных ландшафтов.

Опубликовано:
М.Ж.Хамзикеева, М.Ж.Шевырёва, С.Л.Шевырёв Развитие техногенного ландшафта Павловского буроугольного разреза (Приморский край) по КФС Landsat // Наука, техника, промышленное производство: история, современное состояние, перспективы [Электронный ресурс]: мат. рег. научно-практ. конф., Владивосток, ДВФУ, 14-16 декабря 2015 г. – с. 257-262

Для выполнения целей настоящего исследования проводилось
дешифрирование Павловского буроугольного разреза по трем возрастным
срезам дистанционных материалов спутника Landsat 2007 (Рис.1).

Рис. 1  Схема дешифрирования состояния Павловского
буроугольного месторождения по данным Landsat 1988-2001-2007 годов

Для экспресс-оценки состояния территории и состава слагающего ее
вещественного субстрата по дистанционным съемкам Landsat широко
используются индексы дистанционного изображения, представляющие собой
различные отношения значений спектральной яркости, вычисленные по
спектральным каналам. В числе таких индексов необходимо указать индексы
NDVI, ClayMinerals, FerrousMinerals и IronOxide [3,4,5].

Для оптического дешифрирования объектов инфраструктуры
горнодобывающего предприятия, выделения хвостов, определения обводненности объекта рассчитывались индексы, приводимые выше. При расчете индекса ClayMinerals («глинистые минералы»), представляющего собой отношение среднего инфракрасного (5) и дальнего инфракрасного (7) каналов Landsat было получено контрастное изображение, в котором открытые разрезы предприятия выглядели в виде контрастных минимумов (Рис.2).

Рис. 2  Результаты применения спектрального индекса ClayMinerals
на территорию Павловского буроугольного разреза

Индекс IronOxide («оксид железа») – отношение красного (3) и голубого
(1) каналов Landsat показал пространственное распределение максимумов и
минимумов значений, характерное для любых типов поверхности – как
растительности, так и посадок сельхозкультур и открытых карьеров (Рис.3).

Рис. 3 Результаты применения спектрального индекса IronOxide на
территорию Павловского буроугольного разреза

В соответствии с представлениями [5], данный индекс следует применять для
выявления окисленных руд. Очевидно, применение этого индекса для
изучаемых территорий и субстрата ограничено.
Наиболее контрастно открытые горные выработки разреза «Павловский-2»
проявлены в виде полей повышенных значений на растровых картах индекса
FerrousMinerals («железистые минералы»), отношение среднего инфракрасного
(5) и ближнего инфракрасного (4). Можно предположить, что это связано с
широким распространением соединений железа в породах вскрыши и лежалых
хвостах (Рис.4). Данный индекс может быть использован в автоматизированном
и глазомерном дешифрировании.

Рис. 4 – Результаты применения спектрального индекса
FerrousMinerals на территорию Павловского буроугольного разреза

Одним из наиболее часто применяемых вегетационных индексов является
NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), рассчитываемый как отношение
ближнего инфракрасного (4) и красного (3) каналов к их сумме [4]. NDVI
(Normalized Difference Vegetation Index) – нормализованный относительный
индекс растительности – простой количественный показатель количества
фотосинтетически активной биомассы (обычно называемый вегетационным
индексом). Вычисляется по следующей формуле:

NDVI=(NIR- RED)/(NIR+RED),

где: NIR – отражение в ближней инфракрасной области
спектра, RED – отражение в красной области спектра [1].
Территория исследований характеризуется наличием травянисто-
кустарниковой и луговой типов растительности. На территории также
присутствуют сельскохозяйственные угодья и рекультивированные отвалы.
Исследованиями установлено, что роль сельскохозяйственной деятельности в
качестве формирующей ландшафты снижается, в то время как возрастает
площадь рекультивированных территорий. В качестве рекультивации
применяются посадки тополя Давида (Populus davidiana) – быстрорастущего
дерева, не требовательного к качеству и мощности почвенного покрова, иногда
одновременно высаживается облепиха крушиновидная, леспедеца двуцветная и
лещина разнолистная [2].
Анализом NDVI, Ferrous Minerals и оптическим дешифрирование серии
снимков 1980-2000-х годов установлены темпы изменения ландшафтов
территории, прилегающей к Павловскому буроугольному разрезу. Заметны
значительные изменения состояния растительного покрова. Это выражено в
понижении уровня NDVI в непосредственной близости к карьеру. В ходе
исследований установлено, что проведение горнодобывающих работ в районе
пос. Павловка вывело значительные территории сельскохозяйственных и
селитебных земель из оборота. Существенные площади (до 15,3 км ) при этом
оказались заняты отвалами буроугольного разреза, содержащими, в том числе
разубоженные бурые угли. Снижение фитобиоиндекса NDVI также объясняется
стоком водоносных горизонтов в карьере (Рис.5).

Рис. 5 Результаты применения спектрального индекса NDVI на
территорию Павловского буроугольного разреза

В результате разведки и эксплуатации Павловского буроугольного
месторождения, территория Михайловского района Приморского края
подверглась сильному техногенному воздействию – пройдены и заброшены
открытые горные выработки, в ходе рекультивации сформированы новые
растительные сообщества, подверглись изменениям водоносные горизонты, появились новые техногенные водоемы в затопленных разрезах.
Проведенное исследование позволило сделать рекомендации по
дальнейшему развитию Михайловского муниципального района с учетом
специфики размещения на его территории старых горнорудных предприятий:
–    отвалы буроугольного разреза должны рассматриваться с учетом их
металлоносности в качестве вторичного сырья. В комплексе с полевым
маршрутным опробованием дистанционный мониторинг может служить для
оценки состояния (степень разубоживания углей) и подсчета прогнозных
ресурсов (германий);
–    по факту выявления экологического состояния техногенных водоемов
можно будет сделать заключение к использованию отработанных карьеров в
рекреационных или рыбохозяйственных целях, для туризма.
Дистанционный космический мониторинг территорий может и должен
служить целям оптимизации затрат и выбору приоритетных направлений их
социально-экономического развития.

Список литература

1.    Интерпретация комбинаций каналов данных LandsatTM / ETM+/
[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://gis-lab.info/qa/landsat-
ba.ndcomb.htm1. Дата обращения: 11.11.2015
2.    Родаева В.В. Рекультивационные посадки тополя давида (Populusdavidiana)
на отвалах Лузановского участка павловского буроугольного месторождения /
В.В. Родаева, А.Н. Белов // Бюлл. Бот. сада-института ДВО РАН, 2007. – № 1
(1). – С. 94-95.
3.    Drury S. Image Interpretation in Geology / London: Allen and Unwin,1987. – 243 pp.
4.    Tucker C.J. Red and Photographic Infrared Linear Combinations for Monitoring
Vegetation / C.J. Tucker // Remote Sensing of Environment, 2009. – №8(2). – P.127-150
5.    Segal D. Theoretical Basis for Differentiation of Ferric-Iron Bearing Minerals,
Using Landsat MSS Data / D. Segal // Proceedings of Symposium for Remote
Sensing of Environment, 2nd Thematic Conference on Remote Sensing for
Exploratory Geology, Fort Worth, 1982. – P.949-951.