Дистанционные способы обследования технического состояния осушительных мелиоративных систем и отдельных их элементов позволят более эффективно использовать сельскохозяйственные земли.
Учет и контроль по программе
В Ленинградской области разработана и выполняется региональная подпрограмма развития мелиорации земель на 2014-2020 годы, в рамках которой осуществляется реконструкция и ремонт мелиоративных систем, ведутся культуртехнические работы, вводятся в оборот не используемые в сельскохозяйственном производстве земли. Важной составной частью работ по наблюдению за техническим состоянием и проведением ремонта мелиоративных систем является их обследование и наблюдение за водно-воздушным режимом почв.
В ежегодном отчете о выполнении подпрограммы, на основе данных мелиоративно-гидрологического обследования, составленного по «Правилам технической эксплуатации осушительных систем», учитываются показатели по мелиоративному состоянию земель, осушительной и оросительной сети. Сбор данных о работе мелиоративных систем по соблюдению требований проектов строительства и реконструкции, осуществляется по показателям уровня грунтовых вод из сети наблюдательных скважин, проведенным ремонтно-эксплуатационным работам, севооборотам, собранным урожаям и другим показателям. На основе получаемых результатов обследования ведется мелиоративный кадастр, в котором приводятся данные о количественном и качественном состоянии мелиоративных систем и сооружений на них, а также учет изменений, происходящих на системах.
Контроль за мелиоративным состоянием мелиорированных земель на основе полученных данных позволяет сделать заключение о водно-воздушном режиме почв, сроках прекращения сбросов воды с осушаемых территорий, аккумуляции дренажного стока, определения времени дополнительного увлажнения, оперативного отвода избыточной влаги при паводковых ситуациях.
Результаты наблюдений и обследований используются для разработки мероприятий по улучшению мелиоративного состояния мелиорированных земель, обеспечению на них оптимального водно-воздушного режима в течение всего вегетационного периода. Проведение наблюдений и обследований является весьма дорогостоящим мероприятием, достоверность полученных показателей в некоторых случаях сомнительна, а убытки сельскохозяйственных предприятий от неисправных мелиоративных систем значительны и, по данным Справочника мелиоратора, составляют около 20% только по недобору урожая.
Повысить производительность и достоверность
Агрофизический научно-исследовательский институт на протяжении ряда лет проводит научные исследования по применению дистанционных методов обследования осушенных мелиорированных земель с использованием беспилотных летательных аппаратов. Ученые определяют техническое состояние осушительных мелиоративных систем и отдельных гидротехнических сооружений, расположенных на этих системах. Исследования проводятся только на осушительных системах, так как системы орошения в Ленинградской области практически не используются. Погодные условия позволяют получать в регионе хорошие урожаи на мелиорированных осушенных землях без дополнительных затрат на их полив, используя прогрессивные технологии в растениеводстве.
Расшифровка аэрофотоснимков, полученных в различных диапазонах света беспилотными летающими аппаратами, а также информация со спутников позволяет получить требуемую информацию о техническом состоянии осушительных мелиоративных систем. Применение автоматизированных метеорологических измерений, анализаторов качества стоков воды с полей, измерение уровня грунтовых вод, использование георадаров и других средств измерений в режиме контроля и фиксации географических координат места проведения исследований по установленной программе, позволяет повысить производительность труда и получить более достоверные показатели обследования.
Обследование осушенных мелиорированных земель по действующим методикам позволяет определить только локальные неисправности мелиоративной системы. Более точно определить участок, где вышла из строя мелиоративная система возможно только дистанционно, по снимкам, показывающим всю мелиоративную систему, включая водоприемник, транспортирующие каналы и другие гидротехнические сооружения. Предлагаемые подходы к обследованиям дистанционными способами, которые разрабатываются и апробируются в Агрофизическом научно-исследовательском институте, позволяют предложить владельцам мелиоративных систем методику, сокращающую время и ручной труд инженеров-мелиораторов, получать более достоверные данные и составлять дефектные ведомости для ремонта объектов мелиорации.
Риски оценят на полигонах
По космическим фотоснимкам возможно распознавание открытых водоприемников, искусственных прудов, водохранилищ, плотин, дамб обвалования, отдельно расположенных гидротехнических сооружений, таких как мосты, трубопереезды, внутрихозяйственные дороги, опоры линий электропередач, насосные станции, и других наземных строений, относящихся к осушительной мелиоративной системе. Но качественные космические снимки возможно сделать только в течение двух месяцев в году, остальное время над территорией Ленинградской области, как правило, облачно, и необходимую информацию возможно получить только с помощью аэрофотосъемки, проведенной беспилотными летающими аппаратами. Поэтому в основе методики лежит анализ полученных с беспилотных летательных аппаратов аэрофотоснимков мелиорированных полей, осушенных открытой осушительной сетью каналов или закрытым трубчатым дренажом. Эти снимки выполняются с высоким разрешением, с распознаванием отдельных элементов осушительной системы.
По состоянию посевов на обследуемом осушенном мелиорированном поле в конкретное время вегетационного периода, косвенным путем можно определить техническое состояние мелиоративной системы, для чего в различных климатических зонах Ленинградской области созданы 10 тестовых полигонов с полями севооборотов. Многолетние исследования, проводимые на тестовых полигонах, позволяют оценивать риски в сельскохозяйственном производстве, прогнозировать изменения урожайности выращиваемых культур по погодным условиям, применяемым агротехнологиям, используя наземные и дистанционно полученные данные измерений состояния посевов.
Порядок обследования
Обследования осушительных мелиоративных систем дистанционными методами рекомендуется проводить в следующей последовательности:
- Получение космических (аэрофото) снимков на заданную территорию с заданными параметрами.
- Сбор и преобразование в электронный вид проектной (рабочей) документации на обследуемую мелиоративную систему (рисунок 1).
- Проведение полевых работ по ключевым сооружениям осушительной системы и установлению типовых признаков их исправного (не исправного) состояния.
- Фото (видео) съемка сооружения (участка поля), подтверждающая визуально его техническое состояние с указанием координат и времени. Использование беспилотных летательных аппаратов для проведения съемки является более информативным и достоверным, особенно при съемках не только в видимом, но и в инфракрасном диапазонах.
- Камеральная обработка космических снимков, аэрофотоснимков и наземных фотоснимков для сопоставления признаков неисправности (исправности) отдельных элементов объекта мелиорации.
- Определение технического состояния мелиоративной системы по полученному урожаю в прошедшие годы на обследуемом мелиорированном поле.
- Определение степени зарастания каналов и полей древесно-кустарниковой растительностью по площади и густоте зарастания, породе и толщине стволов по снимкам, сравнивая их со снимком модельного участка, заросшего подобной растительностью (рисунок 2).
- Расчет объемов надземной части древесины на откосах и бермах каналов, выдача рекомендаций о механизированной их сводке и утилизации.
- Расчет объемов корчевки (удаления) пней и корней с рекомендациями способов их удаления из каналов, берм и площади поля.
- Определение неисправностей осушительной системы закрытых трубчатых дрен и коллекторов по визуальному дешифрированию снимков, полученных после схода снежного покрова, путем наложения информации о переувлажнении площади поля на схему закрытого дренажа с целью определения локального места вышедшего из строя элемента осушительной системы (рисунок 3).
- Определение координат вымочек, их площади, выдача рекомендаций по устранению неисправности и использованию неисправного мелиорированного поля.
- Определение геометрических размеров каналов, объема донных отложений по цифровой модели местности.
- Составление профиля дна и поперечных размеров канала, расчет объемных показателей ремонта неисправного канала.
- Получение данных от дистанционных датчиков об уровне и качестве подаваемой (сбросной) воды мелиоративной системы, метеорологических характеристик объекта и передача их в базу данных.
- Расчет показателей водоснабжения (водоотведения) конкретной мелиоративной системы, ее технического состояния, потенциального плодородия мелиорированного поля и величины урожайности выращиваемой культуры.
Эффективное использование мелиорированных земель Ленинградской области возможно при регулировании водно-воздушного режима почв агромелиоративными мероприятиями и своевременном проведении ремонтно-эксплуатационных работ на осушительных мелиоративных системах.
