Стаття

Сучасні методи моніторингу лиманних акваторій на прикладі Тилігульського лиману

Микола Грубий, Ганна Трохименко
Анотація

Ручний моніторинг стану евтрофікації водних об’єктів, таких як лимани, є досить складним завданням. Технологія дронів може бути використана для допомоги в моніторингу будь-яких водойм. Це дослідження було проведено з метою застосування методів дистанційного зондування на основі безпілотних літальних апаратів (БПЛА) для отримання показників евтрофікації у водах Тилігульського лиману. Основу інформації становлять дані, зібрані дронами, стосовно рівня евтрофікації та стану морських просторів. Для збору даних з повітря використовувався дрон DJI Phantom 4 Pro. Для тестування було обрано чотири точки відбору проб, де оцінювали нормалізований індекс різниці рослинності та нормалізований індекс каламутності різниці. Також були отримані дані Exsitu, такі як концентрація нітратів і концентрація фосфатів. Було розраховано індекс трофічного стану, який описує вміст водоростей в лимані. Гіперспектральні зображення БПЛА були орто-випрямлені та геоприв’язані в програмному забезпеченні Agisoft PhotoScan та оцінці значення нормалізованого різницевого вегетаційного індексу в ArcGIS. Результати показали кореляцію між значеннями індексу різниці рослинності та концентрацією азоту та фосфору зі значеннями коефіцієнтів 0,7079 для концентрації фосфору та 0,7004 для концентрації азоту відповідно. Це дослідження підтвердило застосовність дистанційного зондування для управління водними ресурсами за допомогою БПЛА, що характеризується як швидка та проста методологія. Запропоновано якісну оцінку й контроль параметрів довкілля під час розв’язання задач екологічного моніторингу морських акваторій і прибережжя. Зазначено, що методи математичного та імітаційного моделювання сприяють формуванню функціональних й інформаційних моделей, а також застосовуються методи системного аналізу для виявлення структурних зв’язків між компонентами складних систем. Отриманні результати проведеного дослідження дадуть змогу в подальшому використовувати БПЛА та інші способи дистанційного зондування для моніторингу та прогнозування стану лиманних та морських акваторій

Завантажити статтю

Отримано 24.01.2025

Доопрацьовано 05.05.2025

Прийнято 02.06.2025

https://doi.org/10.63341/esbur/1.2025.64
Сторінки 64-75

ЦИТУВАТИ

Grubyi, M., & Trokhymenko, H. (2025). Modern methods of monitoring estuarine waters on the example of the Tiligul Estuary. Ecological Safety and Balanced Use of Resources, 16(1), 64-75. https://doi.org/10.63341/esbur/1.2025.64

Використані джерела

  1. Afán, I., Máñez, M., & Díaz-Delgado, R. (2022). Drone monitoring of breeding waterbird populations: The case of the glossy ibis. Drones, 2(4), article number 42. doi: 10.3390/drones2040042.
  2. Aguilar-Ascon, E. (2020). Removal of nitrogen and phosphorus from domestic wastewater by electrocoagulation: Application of multilevel factorial design. Journal of Ecological Engineering, 21(7), 124-133. doi: 10.12911/22998993/125439.
  3. Ajala, O.O., Akinnawo, S.O., Bamisaye, A., Adedipe, D.T., Adesina, M.O., Okon-Akan, O.A., Adebusuyi, T.A., Ojedokun, A.T., Adegoke, K.A., & Bello, O.S. (2023). Adsorptive removal of antibiotic pollutants from wastewater using biomass/biochar-based adsorbents. RSC Advances, 7, 4678-4712. doi: 10.1039/d2ra06436g.
  4. Akinnawo, S.O., Ayadi, P.O., & Oluwalope, M.T. (2023). Chemical coagulation and biological techniques for wastewater treatment. Ovidius University Annals of Chemistry, 34(1), 14-21. doi: 10.2478/auoc-2023-0003.
  5. Astuti, L.P., Sugianti, Y., Warsa, A., & Sentosa, A.A. (2022). Water quality and eutrophication in Jatiluhur Reservoir, West Java, Indonesia. Polish Journal of Environmental Studies, 31(2), 1493-1503. doi: 10.15244/pjoes/142475.
  6. Córcoles, J.I., Ortega, J.F., Hernández, D., & Moreno, M.A. (2013). Estimation of leaf area index in onion (Allium cepa L.) using an unmanned aerial vehicle. Biosystems Engineering, 115, 31-42. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2013.02.002.
  7. Costa, R.H.R., Villafranca, B.M., Voltolini, C.A., Guimarães, L.B., Hoffmann, H., Velho, V.F., & Mohedano, R.A. (2019). Effectiveness of phosphorus removal in an SBR using co-precipitation with ferric chloride, and its effects on microbial activity. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 36(2), 785-795. doi: 10.1590/0104-6632.20190362s20180378.
  8. Da Costa, J.A., de Souza, J.P., Teixeira, A.P., Nabout, J.C., & Carneiro, F.M. (2020). Eutrophication in aquatic ecosystems: A scientometric study. Acta Limnologica Brasiliensia, 30(2), 1-11. doi: 10.1590/s2179-975x3016.
  9. Denisova, V., Tihomirova, K., Neilands, J., Gruskevica, K., Mezule, L., & Juhna, T. (2020). Comparison of phosphorus removal efficiency of conventional activated sludge system and sequencing batch reactors in a wastewater treatment plant. Agronomy Research, 18(1), 771-780. doi: 10.15159/AR.20.049.
  10. Foste, X., & Vaneeckhaute, C. (2021). Modifying the resin type of hybrid anion exchange nanotechnology (HAIX-Nano) to improve its regeneration and phosphate recovery efficiency. NPJ Clean Water, 4, article number 53. doi: 10.1038/s41545-021-00142-1.
  11. Hernández-López, D., Felipe-Garcia, B., González-Aguilera, D., & Arias-Pérez, B. (2013). An automatic approach to UAV flight planning and control for photogrammetric application. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 79, 87-98. doi: 10.14358/PERS.79.1.87.
  12. Hurets, L., Vakarchuk, O., Trunova, I., Ponomarenko, R., Darmofal, E., & Balintova, M. (2021). Organization of surface water monitoring in Sumy Region. Technogenic and Ecological Safety, 10(2), 17-22. doi: 10.52363/2522-1892.2021.2.3.
  13. Knight, C.A. (2021). Causes and consequences of eutrophication, which are leading to water pollution. Journal of Preventive Medicine and Public Health, 6(10), article number 118. doi: 10.36648/2572-5483.6.10.118.
  14. Kushnir, D., & Tuchkovenko, Y. (2021). Variability of hydrological characteristics of Black Sea estuaries under conditions of regulation of water exchange with the sea (on the example of Tyligul and Kuyalnytsia estuaries). Odesa: Odesa State Environmental University.
  15. Letshwenyo, M.W., & Sima, T.V. (2020). Phosphorus removal from secondary wastewater effluent using copper smelter slag. Heliyon, 6(6), article number e04134. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e04134.
  16. Matei, A., & Racoviteanu, G. (2021). Review of the technologies for nitrates removal from
    water intended for human consumption. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 664, article number 012024. doi: 10.1088/1755-1315/664/1/012024.
  17. Mažeikienė, A., & Šarko, J. (2022). Removal of nitrogen and phosphorus from wastewater using layered filter media. Sustainability, 14(17), article number 10713. doi: 10.3390/su141710713.
  18. Melnyshenko, S.H., Bohadorova, L.M., & Okhremenko, I.V. (2023). Study of foreign practices of preventing the water bodies eutrophication: Experience for Ukraine. Taurida Scientific Herald. Series: Rural Sciences, 132, 372-377. doi: 10.32782/2226-0099.2023.132.47.
  19. Mokin, V.B. (Ed.). (2005). Computerised regional systems of state monitoring of surface waters: Models, algorithms, programs. Vinnytsia: UNIVERSUM-Vinnytsia.
  20. Ownby, M., Desrosiers, A., & Vaneeckhaute, C. (2021). Phosphorus removal and recovery from wastewater via hybrid ion exchange nanotechnology: A study on sustainable regeneration chemistries. NPJ Clean Water, 4, article number 6. doi: 10.1038/s41545-020-00097-9.
  21. Patel, S.H., Barco, S.G., Crowe, L.M., Manning, J.P., Matzen, E., Smolowitz, R.J., & Haas, H.L. (2018). Loggerhead turtles are good ocean-observers in stratified mid-latitude regions. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 213, 128-136. doi: 10.1016/j.ecss.2018.08.019.
  22. Pytka-Woszczyło, A., Różańska-Boczula, M., Gizińska-Górna, M., Marzec, M., Listosz, A.,
    & Jóźwiakowski, K. (2022). Efficiency of filters filled with rockfos for phosphorus removal from domestic sewage. Advances in Science and Technology Research Journal, 16(4), 176-188. doi: 10.12913/22998624/152527.
  23. Sidabutar, T., Srimariana, E.S., & Wouthuyzen, S. (2020). The potential role of eutrophication, tidal and climatic on the rise of algal bloom phenomenon in Jakarta Bay. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 429, article number 012021. doi: 10.1088/1755-1315/429/1/012021.
  24. Sonarghare, P.C., Masram, S.C., Sonparote, U.R., Khaparde, K.P., Kharkate, S.K., & Shinkhede, S. (2020). Causes and effects of eutrophication on aquatic life. International Journal for Environmental Rehabilitation and Conservation, 11(2), 213-218. doi: 10.11208/essence.20.11.SP2.147.
  25. Stefanni, S., et al. (2022). Framing cutting-edge integrative deep-sea biodiversity monitoring via environmental dna and optoacoustic augmented infrastructures. Frontiers in Marine Science, 8, article number 797140. doi: 10.3389/fmars.2021.797140.
  26. Trofymchuk, O., Trysnyuk, V., Novokhatska, N., & Radchuk, I. (2014). Geo-information technologies for decision issues of municipal solid waste. Journal of Environmental Science and Engineering A, 3, 183-187. doi: 10.17265/2162-5298/2014.03.006.
  27. Wu, K., Li, Y., Liu, T., Huang, Q., Yang, S., Wang, W., & Jin, P. (2019). The simultaneous adsorption of nitrate and phosphate by an organic-modified aluminum-manganese bimetal oxide: Adsorption properties and mechanisms. Applied Surface Science, 478, 539-551. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.01.194.
  28. Yang, C. (2022). Review on the causes of eutrophication in water. In Proceedings of the 2022 6th international seminar on education, management and social sciences (pp. 246-252). Guangzhou: Atlantis Press. doi: 10.2991/978-2-494069-31-2_30.
  29. Zhang, H., Chen, J., & Haffner, G. (2023). Plateau Lake water quality and eutrophication: Status and challenges. Water, 15(2), article number 337. doi: 10.3390/w15020337.
  30. Zhang, Y., Yang, K., Fang, Y., Ding, J., & Zhang, H. (2022). Removal of phosphate from wastewater with a recyclable La-based particulate adsorbent in a small-scale reactor. Water, 14(15), article number 2326. doi: 10.3390/w14152326.
  31. Zou, H., Lu, X., & Abualhail, S. (2014). Characterization of denitrifying phosphorus removal microorganisms in a novel two-sludge process by combining chemical with microbial analysis. Journal of Chemistry, 2014(1), article number 360503. doi: 10.1155/2014/360503.