Південь України характеризується малим забезпеченням водними ресурсами. Коефіцієнт зволоження (КЗ) для більшості території менше одиниці, що свідчить про домінацію випаровування над кількістю атмосферних опадів. Серед південних регіонів окремо варто виділити ситуацію з Кримом, який з 2014 року знаходиться під тимчасовою окупацією. Кримський півострів не налічує транзитних річок з континентальної України, саме тому все водне забезпечення регіону припадає на власні водні ресурси, до яких до 2014 року додавалися води з Північно-Кримського каналу (ПКК). Канал додатково приносив півострову 80% водних надходжень (відсоток змінювався із року в рік). Після тимчасової окупації мешканцям півострову доводиться покладатися тільки на ту кількість води, яка прийде з атмосферними опадами. Саме тому цінність води у водосховищах на власному стоку підвищилася у декілька разів. АР Крим і місто Севастополь стали надзвичайно уразливими від природних кліматичних факторів. Роки із малою кількістю опадів дедалі стають все більш критичними для існування нормальної системи водопостачання на півострові. Раніше критичні періоди з недостачею води вирішували шляхом додаткової подачі води з ПКК, тепер такої можливості немає. Історична ситуація демонструє, що навіть один посушливий рік приносить величезні проблеми мешканцям півострову. Тому вкрай важливо проводити постійний моніторинг ситуації з прісною водою у Криму, слідкувати за її якістю, рівнем у водосховищах та робити прогноз на підставі відкритих дистанційних даних.
Дані та методи
Для створення моніторингових аналітичних дашбордів використовуються дані лабораторії глобального аналізу та дослідження поверхні Землі (GLAD) відділу географічних наук університету штату Меріленд [1], які налічують аналіз серії космічних знімків місії Landsat 5, 7, 8 з 1999 по 2020 рр, дані дослідницького центру Європейської Комісії в рамках програми Copernicus [2].
У середовищі ГІС із загального набору даних екстрактуються геопросторові шари на територію обраних для дослідження водних ресурсів. Растрові шари, із роздільною здатністю 30*30 м конвертуються у векторні та збаначуються інформацією щодо назви, площі типу водних об’єктів. Для кожного часового проміжку проводиться аналіз щодо рівнів води, сталості водної поверхні, динаміки статистичних характеристик об’єктів. Для полегшення сприйняття інформації рівні сталості водних об’єктів поділяються на 5 рівно-інтервальних проміжків:
0-20 %
20-40 %
40-60 %
60-80 %
80-100%
Кожен рівень ідентифікує водні поверхні з показником часового знаходження води протягом року. Так, якщо розібрати рівень 0-20 %, то він маркує ділянки на яких вода ідентифікована засобами ДЗЗ тільки на проміжку до 20 % від загального часу спостереження. Рівень з показником у 80-100 % навпаки маркує водні поверхні з постійним рівнем води.
Серед методів дослідження варто зазначити методи парної кореляції, лінійної регресії, оверлею, кригінгу тощо.
В середовищі ГІС проводиться аналіз, оформлення, підготовка до публікації у веб, налаштування онлайн-карт та створення фінального дашборду.
Виконання моніторингу
Дашборд дає можливість оцінити рівні співвідношення сталості водної поверхні для кожного об’єкту, або для окремої частини водойми. Проте якщо розглядати ситуацію у цілому для всіх об’єктів дослідження можна спостерігати ситуацію, при якій максимум водних поверхонь припадає на ділянки з постійним рівнем води (80-100 %), а вже на другому місті знаходиться показник зі зникаючим рівнем (0-20 %). Така структура сталості свідчить про різке зменшення рівню води у водосховищах. Тобто площа води у водосховищах зі сталим рівнем майже дорівнює площі води зі зникаючим (або навіть зниклим) рівнем (рис. 1)
Рисунок 1. Рівні водосховищ із різною стабільністю водного покриву
Максимально загрозлива ситуація спостерігається на Міжгірному водосховищі. Майже на 100 % воно наповнювалося водою Дніпра, де невеликий відсоток прихідного балансу припадав на сусідні яри та струмки. Рівень водосховища з 2014 року зменшився на 95 %, його можна вважати таким, що перестало існувати (рис. 2).
Рисунок 2. Стан рівнів води у Міжгірному водосховищі
Щодо загальної динаміки рівнів води по об’єктам дослідження спостерігається ситуація зі значним зменшенням рівня майже по всім водосховищам. Якщо порівнювати площі водойм за два останні роки, то тільки для двох водосховищ (Кутузівське і Аянське) спостерігалося збільшення, для всіх інших був характерний значний спад рівнів (рис. 3).
Рисунок 3. Різниця площ водосховищ за 2019 і 2020 рр.
Ще більш детальний аналіз доводить, що навіть ті водосховища які показали у середньому зростання площі ділянок з водою з рівнем сталості у 80-100 % ідентифікують значне падіння абсолютного рівня води за 2020 рік. Були зафіксовані періоди, коли Аянське водосховище досягало свого «мертвого» об’єму восени 2020 р. (рис. 4).
Рисунок 4. Рівні води у Аянському водосховищі протягом 2019 – 2020 рр.
Таку саме ситуацію показує співвідношення площ водосховищ за два роки, де тільки ті самі Кутузівське і Аянське водосховища мають сталий рівень води вищий у 2020 році ніж у 2019 (рис. 5).
Рисунок 5. Співвідношення площ водосховищ за два роки (2019-2020)
Як видно з графіку, ці водосховища можна віднести до найменших у Криму, які значним чином не впливають на забезпеченість півострова водними ресурсами, та все одно показали значне падіння загального рівня води наприкінці 2020 року.
Показовими є дані щодо різниць сталих рівнів з площами води за 2019 і 2020 роки. Близька до норми ситуація має показувати нульову, або близьку до нуля різницю рівнів. В даному випадку, чим більше значення за рік – тим гірша ситуація з водою у водосховищі (рис. 6).
Рисунок 6. Різниця середнього багаторічного рівня води із рівнями води за 2019 і 2020 рр.
Найбільша різниця площ характерна Фронтовому водосховищу, що на сході Криму. Показники різниці рівнів за 2020 рік наближаються до показників площі нормального рівня водосховища, що свідчить про стрімке зменшення площі водного дзеркала водойми за останні роки. Навіть невеликі за площею гірські водосховища демонструють зменшення сталої площі із забезпеченістю у 80-100 % до рівня у два рази меншого загальної площі водосховищ.
Порівняння динаміки рівнів води у відсотковому співвідношенні ще більше ілюструє кризовість актуальної ситуації. У найбільш загрозливому стані, як було наведено вище, є Міжгірне водосховище (рис. 7), рівень якого стрімко падає і по відношенню до 2019 року, а тим більше до 2014 року.
Рисунок 7. Відсоткове співвідношення динаміки рівнів води
Навіть ті водосховища, що показали локальне підняття сталих рівнів води за 2020 рік, наповнені всього на 34-38 % відповідно до свого середньобагаторічного рівня, а у пікові моменти цей рівень падав нижче 25 %. Серед відносно стабільних водосховищ варто зазначити Альмінське, рівень сталої води якого склав 72 % у 2020 році від нормального рівня водосховища. Проте навіть у ньому за цей рік рівень впав на 13,4 % у порівнянні до стабільного рівня 2019 року.
Висновки
Всі обрані водосховища демонстрували незмінне зменшення абсолютного рівня води у 2020 році. Тільки по двом водосховищам спостерігалося локальне збільшення сталого рівня по відношенню до 2019 року, проте у порівнянні із середньобагаторічним рівнем все одно спостерігалося стрімке зменшення площ водойм. Т.я. період дослідження закінчувався січнем 2020 року, у дашборді не враховані дані щодо снігового шару, який наповнює водосховища на початку весни 2021 року. Нові попередні дослідження показують збільшення рівня води по всім водосховищам. Особливо це стосується Чорноріченського та Білогірського водосховищ. Короткостроковий прогноз дає подальше збільшення рівнів води до повного вичерпання снігових запасів (квітень 2021 р.). По всім водосховищам на середину березня 2021 р. спостерігається критичний рівень води (рис. 8).
Рисунок 8. Порівняння рівнів води у Чорноріченському водосховищі за 12 березня 2020 р (1), та 12 березня 2021 р (2).
1. Дані лабораторії глобального аналізу та дослідження поверхні Землі (GLAD) відділу географічних наук університету штату Меріленд (https://glad.umd.edu/dataset/global-surface-water-dynamics).
2. Дані дослідницького центру Європейської Комісії в рамках програми Copernicus (https://global-surface-water.appspot.com/).