Применение геоинформационных технологий и дистанционного зондирования Земли для оценки влияния аридности территории на качество воды малых рек

Введение. Актуальность работы для профилактической медицины обусловлена необходимостью оценки влияния засушливости климата на гигиеническую безопасность питьевой воды.

Цель работы — определение влияния степени засушливости аридных регионов России на гигиеническую безопасность питьевой воды, подготовленной из поверхностных водоисточников.

Материалы и методы. Объект исследования — вода малых рек, расположенных в засушливых районах Саратовской области и Республики Башкортостан. Содержание поллютантов в воде определяли методами атомно-абсорбционной спектрометрии, спектрофотомерии, потенциометрии. Космоснимки для реализации дистанционного зондирования Земли получены в геоинформационном каталоге earthexplorer.usgs.gov, обработку снимков и картографирование изучаемых территорий проводили с помощью программы QGIS, версия 3.12.3.

Результаты. С помощью метода дистанционного зондирования Земли впервые выявлено, что малоаридным районам Республики Башкортостан соответствуют низкие положительные значения индекса засушливости NDMI, тогда как для районов Саратовской области характерны отрицательные значения NDMI. Впервые установлена статистически достоверная корреляция между гигиенической опасностью, обусловленной присутствием в воде загрязняющих химических веществ, характерных для аридных территорий, и изменением величины индекса засушливости NDMI. Наибольший вклад в формирование неканцерогенной опасности воды малых рек в условиях потепления климата вносят биогенный азот, железо и марганец.

Заключение. С помощью метода дистанционного зондирования Земли впервые показано, что малоаридным районам Республики Башкортостан соответствуют низкие положительные значения индекса засушливости NDMI, а для аридных районов Саратовской области характерны отрицательные значения NDMI. Впервые установлена корреляционная взаимосвязь между увеличением степени засушливости аридных регионов России и повышением неканцерогенного риска здоровью, обусловленного употреблением питьевой воды, подготовленной из поверхностных водоисточников.

Участие авторов:

Косарев А.В. — концепция и дизайн исследования, вычислительная работа, написание текста статьи;

Иванов Д.Е. — концепция и дизайн исследования, обсуждение результатов;

Микеров А.Н. — концепция и дизайн исследования, редактирование, обсуждение результатов, утверждение окончательного варианта;

Савина К.А. — экспериментальная работа, сбор и обработка материала, редактирование;

Валеев Т.К. — обсуждение результатов;

Сулейманов Р.А. — обсуждение результатов.

Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 16.07.2021 / Принята к печати: 28.09.2021 / Опубликована: 31.10.2021

1. Дунаева Е.А. Методологические и информационные основы оценки водообеспеченности территорий средствами ДЗЗ и ГИС. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017; 14(3): 173-81. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-3-173-181

2. Мандах Н., Цогтбаатар Ж., Даш Д., Хөдөлмөр С. Система индикаторов и оценка опустынивания в Монголии. Аридные экосистемы. 2016; 22(1): 99-111.

3. Гармаев Е.Ж., Алымбаева Ж.Б., Цыдыпов Б.З., Жарникова М.А., Саяпина Д.О. Пространственно-временной анализ динамики ландшафтов Селенгинского среднегорья (на примере Убур-дзокойской котловины). География и природные ресурсы. 2019; (1): 52-9. https://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2019-1(52-59)

4. Sandeep P., Obi Reddy G.P., Jegankumar R., Arun Kumar K.C. Monitoring of agricultural drought in semi-arid ecosystem of Peninsular India through indices derived from time-series CHIRPS and MODIS datasets. Ecol. Indic. 2021; 121: 10733. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.107033

5. Zotin A., Zuev D., Kashkin V., Kurako M., Simonov K. Environmental risk zones mapping using satellite monitoring data. Procedia Comput. Sci. 2018; 126: 1597-605. https://doi.org/10.1016/j.procs.2018.08.133

6. Javid K., Akram M.A.N., Mumtaz M. et al. Modeling and mapping of climatic classification of Pakistan by using remote sensing climate compound index (2000 to 2018). Appl. Water Sci. 2019; 9(7): 152. https://doi.org/10.1007/s13201-019-1028-3

7. Kimura R., Moriyama M. Determination by MODIS satellite-based methods of recent global trends in land surface aridity and degradation. J. Agric. Meteorol. 2019; 75(3): 153-9. https://doi.org/10.2480/agrmet.D-19-00003

8. Zhao Y., Wang X., Novillo C.J., Arrogante-Funes P., Vázquez-Jiménez R., Berdugo M., et al. Remotely sensed albedo allows the identification of two ecosystem states along aridity gradients in Africa. Land Degrad. Dev. 2019; 30(12): 1502-15. https://doi.org/10.1002/ldr.3338

9. Харазми Р., Паниди Е.А., Чабан Л.Н. Оценка динамики аридных экосистем по результатам автоматизированной обработки серий мультиспектральных спутниковых снимков. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017; 14(3): 196-205. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-3-196-205

10. Dong J., Crow W.T., Tobin K.J., Cosh M.H., Bosch D.D., Starks P.J., et al. Remote sensing of 10 years changes in the vegetation cover of the northwestern coastal land of Red Sea, Saudi Arabia. Saudi J. Biol. Sci. 2020; 27(11): 3169-79. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.07.021

11. Гармаев Е.Ж., Аюржанаев А.А., Цыдыпов Б.З., Алымбаева Ж.Б., Содномов Б.В., Андреев С.Г. и соавт. Оценка пространственно-временной изменчивости засушливых экосистем республики Бурятия. Аридные экосистемы. 2020; 26(2): 34-42.

12. Спивак Л.Ф., Витковская И.С., Батырбаева М.Ж. Возможность использования дистанционно определяемых параметров для априорной оценки условий вегетационного сезона. Гидрометеорология и экология. 2017; (1): 15-27.

13. Исаев Э.К., Омурзакова Ш.А. О возможности выявления и моделировании засух в Кыргызстане. Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. 2019; 19(8): 145-51.

14. Титкова Т.Б., Золотокрылин А.Н., Виноградова В.В. Спектральный портрет равнинных ландшафтов России. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020; 17(3): 117-26. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2020-17-3-117-126

15. Чинь Л.Х., Заблоцкий Б.Р., Дао К.Х. Изучение многолетней динамики влажности почвы района бак бинь (провинция Бинь Тхуан, Вьетнам) по данным многозональной спутниковой съёмки LANDSAT. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018; 15(7): 89-101. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2018-15-7-89-101

16. Уваров И.А., Платонов А.Е., Титков А.В., Толпин В.А., Малеев В.В. Интеграция временных рядов спутниковых и метеорологических данных со статистическими данными в информационных системах мониторинга. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020; 17(7): 105-16. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2020-17-7-105-114

17. Прислегина Д.А., Дубянский В.М., Куличенко А.Н. Особо опасные арбовирусные лихорадки на юге России: совершенствование мониторинга с применением современных информационных технологий. Медицина труда и экология человека. 2019; (4): 50-8. https://doi.org/10.24411/2411-3794-2019-10047

18. Попова А.Ю., Куличенко А.Н., Малецкая О.В., Манин Е.А., Семенко О.В., Дубянский В.М. и соавт. Использование географической информационной системы «ZikaMap» для контроля ситуации по переносчикам опасных арбовирусов в период подготовки и проведения чемпионата мира по футболу FIFA 2018 в г. Сочи. Здоровье населения и среда обитания. 2019; (4): 4-7. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2019-313-4-4-7

19. Lebedeva M., Gerasimova M., Konyushkova M. Micromorphology of solonetzic horizons as related to environmental events in the Caspian Lowland. J. Mt Sci. 2009; 6(2): 132-8. https://doi.org/10.1007/s11629-009-1029-z

20. Nejatijahromi Z., Nassery H.R., Hosono T., Nakhaei M., Alijani F., Okumura A. Groundwater nitrate contamination in an area using urban wastewaters for agricultural irrigation under arid climate condition, southeast of Tehran, Iran. Agric. Water Manag. 2019; 221: 397-414. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2019.04.015

21. Toolabi A., Bonyadi Z., Paydar M., Najafpoor A.A., Ramavandi B. Spatial distribution, occurrence, and health risk assessment of nitrate, fluoride, and arsenic in Bam groundwater resource, Iran. Groundw. Sustain. Dev. 2021; 12: 100543. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2020.100543

22. Saleh H.N., Panahande M., Yousefi M., Asghari F.B., Oliveri Conti G., Talaee E., et al. Carcinogenic and non-carcinogenic risk assessment of heavy metals in groundwater wells in Neyshabur Plain, Iran. Biol. Trace Elem. Res. 2019; 190(1): 251-61. https://doi.org/10.1007/s12011-018-1516-6

23. Balamurugan P., Kumar P.S., Shankar K., Nagavinothini R., Vijayasurya K. Non-carcinogenic risk assessment of groundwater in southern part of Salem district in Tamilnadu, India. J. Chil. Chem. Soc. 2020; 65(1): 4697-707. https://doi.org/10.4067/S0717-97072020000104697

24. Nawale V.P., Malpe D.B., Marghade D., Yenkie R. Non-carcinogenic health risk assessment with source identification of nitrate and fluoride polluted groundwater of Wardha sub-basin, central India. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2021; 208(15): 111548. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111548

25. Peter G. Impact of rural water projects on hygienic behaviour in Swaziland. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 2010; 35(13-14): 772-9. https://doi.org/10.1016/j.pce.2010.07.024

26. Бакиров А.Б., Сулейманов Р.А., Валеев Т.К. Опыт оценки риска здоровью населения горнорудных территорий, обусловленного водным фактором. Медицина труда и экология человека. 2016; (2): 5-13.

27. Киселев А.В., Мельцер А.В., Ерастова Н.В. Интегральная оценка питьевой воды по показателям химической безвредности на основе методологии оценки риска для здоровья населения. Профилактическая и клиническая медицина. 2011; (3): 284-7.

28. Панкратова Ю.А., Иванов Д.Е., Косарев А.В., Савина К.А. Гигиенические аспекты использования ресурсов алых рек для питьевого водоснабжения на примере Саратовского региона. Санитарный врач. 2021; (2): 44-55. https://doi.org/10.33920/med-08-2102-05

29. Мухортова Л.И., Лукин П.М., Константинова Т.Г. Загрязнение марганцем рек Чувашской республики. Вода: химия и экология. 2011; (10): 82-6.

30. Шестеркин В.П. Гидрохимия рек природного заказника «Тумнинский». Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2018; (3): 4-15.

31. Пивоварова Е.А. Оценка неканцерогенных рисков для здоровья населения республики Хакасия, обусловленных химическими веществами питьевой воды. Санитарный врач. 2019; (3): 63-7.