=Paper=
{{Paper
|id=Vol-2033/46_paper
|storemode=property
|title=Геоинформационная база данных для анализа инвазивного процесса байкальских эндемичных ракообразных в р. Енисей
(Geospatial Database for the Analysis of Invasive Process of the Baikal Endemic Crustacean in Yenisei River)
|pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-2033/46_paper.pdf
|volume=Vol-2033
|authors=Anna V. Andrianova,Oleg E. Yakubaylik
}}
==Геоинформационная база данных для анализа инвазивного процесса байкальских эндемичных ракообразных в р. Енисей
(Geospatial Database for the Analysis of Invasive Process of the Baikal Endemic Crustacean in Yenisei River)==
https://ceur-ws.org/Vol-2033/46_paper.pdf
GEOSPATIAL DATABASE FOR THE ANALYSIS OF INVASIVE PROCESS
OF THE BAIKAL ENDEMIC CRUSTACEAN IN YENISEI RIVER
Anna V. Andrianova1,2, Oleg E. Yakubaylik1,3
1
Institute of Computational Modelling SB RAS, Federal Research Center Krasnoyarsk
Science Center of the Siberian Branch of Russian Academy of Sciences,
Krasnoyarsk, Russia
2
Scientific Research Institute of Ecology of Fishery Reservoirs, Krasnoyarsk, Russia
3
Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia
Abstract
The current state of endemic Baikal amphipods in the Yenisei river, and the results of
expeditionary research are discussed. Reusable increasing the density of amphipods in the Yenisei river
after the water regulation by the dam of the Krasnoyarsk hydroelectric power station is noted. The data of
hydrobiological monitoring has been designed in the form of geoportal geospatial database, which
provides visualization of research results as interactive thematic maps along with direct access to data via
web mapping services from GIS software.
Keywords: Yenisei, amphipods, Gmelinoides fasciatus, Philolimnogammarus viridis, habitats,
zoobenthos, spatial distribution, geographic information system, geoportal, web mapping
ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДАННЫХ ДЛЯ АНАЛИЗА ИНВАЗИВНОГО
ПРОЦЕССА БАЙКАЛЬСКИХ ЭНДЕМИЧНЫХ РАКООБРАЗНЫХ В Р. ЕНИСЕЙ
Андрианова А.В.(1)(2), Якубайлик О.Э. (1)(3)
1
Институт вычислительного моделирования СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск
2
НИИ Экологии рыбохозяйственных водоемов, Красноярск
3
Сибирский федеральный университет, Красноярск
Рассматривается современное состояние эндемичных байкальских амфипод в р. Енисей, приво-
дятся результаты экспедиционных исследований. Отмечается факт многоразового увеличения плотно-
сти амфипод в Енисее после зарегулирования плотиной Красноярской ГЭС. Данные гидробиологиче-
ского мониторинга оформлены в виде геопространственной базы данных на геопортале, который
предоставляет возможности визуализации результатов исследований в виде интерактивных тематиче-
ских карт, прямой доступ к данным через картографические веб-сервисы из современных ГИС.
Ключевые слова: р. Енисей, амфиподы, Gmelinoides fasciatus, Philolimnogammarus viridis, био-
топы, зообентос, пространственное распределение, геоинформационная система, геопортал, веб-
картография.
Введение. Строительство Красноярской ГЭС в 70-е годы прошлого века вызвало корен-
ное изменение гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов р. Ени-
сей. В нижнем бьефе ГЭС Енисей в зимнее время не замерзает на протяжении 100–300 км от
плотины; влияние ГЭС на ледовый режим реки прослеживается до устья р. Подкаменная Тун-
гуска. Зарегулирование Енисея привело к глобальным перестройкам в гидробиологических
сообществах. Произошла смена доминирующих форм фитопланктона, обогащение его видо-
вого состава и увеличение общей численности водорослей за счет стока из верхнего бьефа;
резко возросло количество фитобентоса и фитоперифитона, ставшего даже помехой в работе
водозаборов. Изменение гидрологического режима оказало значительное воздействие на по-
пуляции осетровых и других ценных видов рыб, существенно нарушив их ареалы [1].
Зообентос Енисея в результате гидростроительства также претерпел масштабные пере-
стройки, особенно в нижнем бьефе ГЭС. Из донной фауны практически исчезли веснянки и
мошки, значительно уменьшилась плотность и число видов ручейников и поденок. Количе-
ственные характеристики зообентоса на участке от плотины Красноярской ГЭС до устья Ан-
гары существенно возросли: численность увеличилась более чем в 2 раза, биомасса – в 5 раз.
Рост показателей обусловлен прежде всего распространением гаммарид из оз. Байкал через
р. Ангару вверх по течению Енисея, при этом их доля в общей биомассе зообентоса увеличи-
лась в 10 раз [2, 3].
В этом контексте особый интерес представляет пространственное распределение амфи-
под на всем протяжении реки Енисей, анализ динамики протекающих процессов. По экоси-
стеме Енисея за многолетний период накоплен обширный массив разнообразных данных био-
тического и абиотического характера, которые являются ценным материалом для анализа. Ис-
пользование новых методов обработки данных, таких как геоинформационное и картографи-
ческое моделирование, обеспечивает возможность получения дополнительной информации о
пространственных особенностях распределения гидробионтов, помогает в поиске взаимосвя-
зей с различными факторами природной среды [4].
Гидробиологические исследования. В течение вегетационных сезонов 2015 г. (июль –
август) и 2016 г. (июль – сентябрь) осуществлялись сборы макрозообентоса в р. Енисей от
истока до дельты включительно. Пробы отбирали у обоих берегов, преимущественно в при-
брежной зоне на глубине до 1 м; лишь в дельте Енисея имелась возможность изъять грунт с
глубин до 14 м. В зависимости от типа грунта и гидрологических условий использовали утя-
желенный дночерпатель Петерсена (площадь захвата 0,025 м2), а также количественные
рамки, бентометры и скребки (площадь захвата 0,06 - 0,13 м2). При сборе гидробиологического
237
материала определяли глубину, температуру воды, содержание растворенного кислорода, про-
зрачность, скорость течения, степень зарастания макрофитами, тип грунта.
В Верхнем Енисее для сбора гидробиологического материала было намечено 15 станций:
из них 2 расположены в пределах республики Тыва, 3 – ниже Саяно-Шушенского вдхр. от
г. Саяногорска до г. Минусинска, и 10 – на участке от плотины Красноярской ГЭС до устья
р. Ангары. В Среднем Енисее исследовали участок от устья р. Ангары до пос. Сургутиха –
21 станция, в Нижнем Енисее зообентос собирали на 12 станциях – от г. Дудинка до дельты,
включая Бреховские острова. На каждой станции изымали по 2-5 проб грунта, для данного
исследования в Енисее обработано и проанализировано 178 количественных проб донной фа-
уны. Пробы грунта разбирали в полевых условиях, беспозвоночных животных фиксировали
70%-м этиловым спиртом, в лаборатории пробы зообентоса обрабатывали, анализ материала
проводили общепринятыми гидробиологическими методами.
Результаты гидробиологических исследований. В Енисее нами обнаружено не-
сколько видов амфипод, но на всем протяжении реки встречался лишь Gmelinoides fasciatus
Stebb. В Верхнем Енисее на территории республики Тыва он являлся единственным и редким
представителем высших ракообразных, ниже Саяно Шушенского вдхр. единично встречался
Philolimnogammarus viridis Dybowsky. Ниже плотины Красноярской ГЭС видовой состав ам-
фипод расширился за счет Gammarus sp., Ph. cyaneus Dybowsky, Pallasea cancelloides
Gerstfeldt, Eulimnogammarus verrucosus Gerstfeldt. В Среднем Енисее после впадения Ангары
данный комплекс амфипод сохранялся, но на смену Gammarus sp. пришел Micruropus sp.
В Нижнем Енисее наибольший вес приобрела Pontoporeia affinis Lindstrom, тогда как Ph.
cyaneus и E. verrucosus в пробах, напротив, отсутствовали.
Количество амфипод в различных зонах Енисея существенно варьировалось. На самом
верхнем исследованном участке (республика Тыва) в условиях высокой скорости течения и
крупного каменисто-галечного грунта амфиподы представлены крайне бедно – единично
встречался лишь G. fasciatus. Наибольшей плотности амфиподы достигали ниже Саяно-Шу-
шенского водохранилища в районе городов Саяногорск и Минусинск (3,8 тыс. экз./м 2 и
10,4 г/м2), при этом их доля в зообентосе в среднем составила 70% численности и 53% био-
массы (табл. 1). Далее по течению количество амфипод снижалось и в Нижнем Енисее упало
в среднем до 0,3 тыс. экз./м2 при биомассе 0,6 г/м2 (13% численности и 7% биомассы донной
фауны).
Наиболее распространенным видом на исследуемой территории является Gmelinoides fas-
ciatus. G. fasciatus в Верхнем Енисее присутствовал во всех собранных пробах, максимальной
плотности достигал в районе городов Саяногорск (3018 км от устья Енисея) и Минусинск
(2901 км): до 17,6 тыс. экз./м2 и 25,6 г/м2. Средние показатели на этих станциях составили
более 4 тыс. экз./м2 и 7-8 г/м2 (рис. 1). Следует отметить, что на данном участке в Енисее ве-
лика степень зарастаемости русла погруженными и полупогруженными макрофитами, кото-
рые служат благоприятным биотопом для массового развития G. fasciatus.
Еще один количественный всплеск G. fasciatus в Верхнем Енисее отмечен ниже г. Крас-
ноярска (пос. Кубеково, 2439 км) у левого берега на илистом грунте; численность здесь дости-
гала 6,3 тыс. экз./м2, биомасса – 9,3 г/м2. Низкая плотность гмелиноидеса в Верхнем Енисее
зарегистрирована после плотины Красноярской ГЭС (2500, 2482 км) и в районе устья право-
бережного притока р. Кан (2356 км) – менее 0,1 тыс. экз./м2 при биомассе 0,2-0,8 г/м2.
В Среднем Енисее (после впадения Ангары) встречаемость G. fasciatus составила 80%,
высокое обилие отмечалось на нескольких станциях в пределах 2095 – 1863 км от устья
(Рис. 1). Максимальные скопления выявлены в Баженовской курье (2008 км) и протоке Еловая
(1863 км) – до 4,2 тыс. экз./м2 и 17,0 г/м2. После впадения левобережного притока р. Кас
(1819 км от устья) гмелиноидес встречался лишь в половине собранных проб, его плотность в
Енисее резко снизилась и не превышала 0,8 тыс. экз./м2 и 3,0 г/м2 (в протоке Касовской). Лишь
в конце исследованного участка Среднего Енисея в районе о. Сургутинский (1235 км) наблю-
далось скопление амфипод у правого берега численностью 1,3 тыс. экз./м2 при биомассе
3,8 г/м2. Резкое снижение плотности амфипод на нижнем плесе Среднего Енисея объясняется,
238
скорее всего, гидрологическими особенностями этого участка, поскольку после впадения р.
Подкаменной Тунгуски вдвое уменьшается уклон русла, что приводит к понижению скорости
течения и к накоплению иловых отложений [5]. Минимальные показатели G. fasciatus (0,01
тыс. экз./м2 при биомассе 0,07 г/м2) отмечены в районе Вороговского многоостровья (1636 км),
которое имеет важное значение для развития и нагула молоди осетровых, поскольку здесь рас-
положены их нерестилища. Участок отличается большим количеством островов, проток и за-
водей, значительной площадью мелководий, здесь особенно распространены илистые грунты.
4,5 8
Gmelinoides fasciatus
4,0 7
Численность (N)
3,5
Численность (тыс.экз./м2)
Биомасса (B) 6
3,0
Биомасса (г/м2)
5
2,5
4
2,0
3
1,5
1,0 2
0,5 1
0,0 0
р. Ангара
3018
2963
2901
2500
2482
2470
2435
2439
2356
2358
2288
2214
2143
2135
2119
2095
2079
2072
2034
2008
1955
1863
1819
1764
1737
1636
1579
1553
1526
1434
1386
1311
1267
1235
км от устья
0,9 11
0,8
Philolimnogammarus viridis 10
Численность (N) 9
0,7
Численность (тыс.экз./м2)
Биомасса (B) 8
0,6
Биомасса (г/м2)
7
0,5 6
0,4 5
0,3 4
3
0,2
2
0,1 1
0,0 0
р. Ангара
3018
2963
2901
2500
2482
2470
2435
2439
2356
2358
2288
2214
2143
2135
2119
2095
2079
2072
2034
2008
1955
1863
1819
1764
1737
1636
1579
1553
1526
1434
1386
1311
1267
1235
км от устья
Рис. 1. Пространственная динамика численности и биомассы G. fasciatus и Ph. viridis
в Верхнем (выше впадения р. Ангара) и Среднем (ниже впадения р. Ангара) Енисее.
В нижнем течении ветры большой силы, особенно осенью, вызывают частые штормы и
резкие колебания уровня воды. Сильное прибойное действие волн отрицательно отражается
на обитателях прибрежной зоны, обычно слагающейся здесь из легкоразмываемых грунтов.
Плотность G. fasciatus в низовье Енисея резко упала по сравнению с верхними участками, его
встречаемость в пробах составила всего 26%. Максимальные количественные показатели
(численность 1,1 тыс. экз./м2 при биомассе 3,9 г/м2) выявлены локально в протоке Малый Ени-
сей (Бреховские острова), но средняя плотность гмелиноидеса не превышала 0,6 тыс. экз./м2 и
2,4 г/м2 (район г. Дудинка, 424 км от устья).
В процессе выполнения работ также проводились исследования пространственного рас-
пределения других организмов. Количественное преимущество на исследованных участках
Енисея имели G. fasciatus и, в меньшей степени, Ph. viridis, в дельте их сменила P. affinis. Про-
странственная динамика количественных показателей доминирующих видов амфипод на всех
исследованных участках Енисея отличалась крайней неоднородностью [6].
Геоинформационная база данных. Выполненные в рамках настоящей работы исследо-
вания и разработки в области геоинформационного обеспечения задач гидробиологического
мониторинга являются продолжением работ, начатых в 2015 г [7]. В основе создаваемого ин-
239
формационного обеспечения – размещенная на геопортале ИВМ СО РАН геопространствен-
ная база данных, которая была актуализирована, дополнена новыми результатами исследова-
ний. Геопортал предоставляет средства для визуализации и обработки геоданных, доступа к
ним из сторонних прикладных программ на основе картографических веб-сервисов [8].
В рамках рассматриваемого этапа исследований была актуализирована информация по
гидрографии бассейна р. Енисей. На основе данных геопортала, подготовленных на основе
сведений Государственного водного кадастра (водного реестра), была выполнена геопривязка
точек наблюдений гидробиологического мониторинга к километровым отметкам вдоль фар-
ватера р. Енисей («система координат реки»); использование такой системы координат дает
возможность оценки различных параметров по течению реки. Был также сформирован набор
специализированных слоев геопространственных данных [9].
Разработанное программно-технологическое решение для аналитической обработки и
презентации данных гидробиологического мониторинга основано на сочетании существую-
щих программных средств и наборов данных – коллекции специально разработанных слоев в
геоинформационной системе, программных инструментов специализированного геокодиро-
вания данных, технологических решений по обработке табличной информации в Excel и ста-
тистических пакетах программ, средств импорта/экспорта в ГИС на основе свободного про-
граммного обеспечения QGIS, и проч.
Рис. 2. Веб-интерфейс геопортала ИВМ СО РАН: р. Енисей, речная сеть бассейна р. Енисей,
точки отбора проб геоинформационной базы данных гидробиологического мониторинга.
Также был предложен и реализован новый механизм для отображения контекстной ин-
формации о выбранных объектах на карте – на основе шаблонов. Шаблоны позволяют гибко
240
настраивать дизайн и содержание информационного всплывающего окна с данными о выбран-
ном объекте карты: менять стилевое оформление – цвет, параметры шрифтов, и т.д., разме-
щать фотографии, размещать на форме интерактивные элементы – меню, селекторы, и проч.,
запускать внешние скрипты для запросов к сторонним данным [10].
Заключение. Создание геопространственной базы данных с результатами экспедицион-
ных исследований и внедрение геоинформационной веб-системы для информационно-анали-
тического обеспечения гидробиологического мониторинга значительно расширяет возможно-
сти в анализе и представлении геоданных, формирует основу междисциплинарных исследова-
ний. Для рассматриваемой предметной области такой подход представляется особенно акту-
альным, учитывая значительно пространственное распределение информации.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Гадинов А.Н. Структура зообентоса нижнего бьефа р. Енисей до и после строительства плотины
Красноярской ГЭС // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Си-
бири. Красноярск: КНИИГиМС, 2007. Вып. 9. С. 106–108.
[2] Гладышев М.И., Москвичева (Андрианова) А.В. Байкальские вселенцы заняли доминирующее
положение в бентофауне верхнего Енисея // ДАН. 2002. Т. 383, № 4. С. 568-570.
[3] Матафонов Д.В., Итигилова М.Ц., Камалтынов Р.М. Особенности экспансии Gmelinoides
fasciatus (Stebbing, 1899) водоемов Восточного Забайкалья (на примере озера Арахлей) // Сибир-
ский экологический журнал. 2006. Т. 13. № 5. С. 595-601.
[4] Дгебуадзе Ю.Ю., Петросян В.Г., Бессонов С.А., Дергунова Н.Н., Ижевский С.С., Масляков В.Ю.,
Морозова О.В., Царевская Н.Г. Общая концепция создания проблемно-ориентированного интер-
нет-портала по инвазиям чужеродных видов в Российской Федерации // Российский Журнал Био-
логических инвазий. 2008. № 2. С. 9-21.
[5] Грезе В.Н. Кормовые ресурсы рыб реки Енисей и их использование. М.: Пищепромиздат, 1957.
Т. 41. 236 с.
[6] Андрианова А.В., Якубайлик О.Э., Шулепина С.П. Использование ГИС-технологий в анализе
пространственно-временной динамики байкальских амфипод в р. Енисей // XI съезд гидробио-
логического общества при РАН. Красноярск, СФУ, 22-26 сентября 2014. С. 17-18.
[7] Андрианова А.В., Якубайлик О.Э. Геоинформационная веб-система для обеспечения гидробио-
логического мониторинга на примере зообентоса р. Енисей // Вычислительные технологии. 2016.
Т. 21, № 1. С. 5-14.
[8] Yakubailik O., Kadochnikov A., Tokarev A. Applied software tools and services for rapid Web GIS
development // Informatics, Geoinformatics and Remote Sensing, Vol I (SGEM 2015). 2015. V. 1. Is.
2. P. 487–496. DOI: 10.5593/SGEM2015/B21/S8.060.
[9] Andrianova A., Shaparev N., Yakubailik O. Geoinformation support and web technologies for problems
of hydrobiological monitoring of Yenisei river // MATEC Web of Conferences 79, 01056 (2016). DOI:
10.1051/matecconf/20167901056.
[10] Кадочников А.А., Якубайлик О.Э. Сервис-ориентированные веб-системы для обработки геопро-
странственных данных // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Ин-
формационные технологии. 2015. Т. 13, № 1. С. 37-45.
241