1 Įžanga
Šio darbo tikslas - pagal 2024 m. Sentinel-2 palydovines nuotraukas atvaizduoti galimą antropogeninį poveikį vandens telkiniams pagal tikėtinas chlorofilo „a“ koncentracijas. Tikėtinos chlorofilo „a“ koncentracijos nustatomos iš palydovinių nuotraukų, jas apdorojant dirbtinio intelekto dėka suformuotais specializuotais algoritmais, parengtais Aplinkos apsaugos agentūros vykdyto projekto Nr. LT05-1-AM-TF-002 „Jūros ir vidaus vandenų ekologinės būklės kartografavimo ir monitoringo gerinimas“ (toliau - Projektas), finansuojamo 2014-2021 metų Norvegijos finansinio mechanizmo programos „Aplinkosauga, energetika ir klimato kaita“ lėšomis (plačiau apie projektą ir jo rezultatus galima pasiskaityti čia). Tai jau antras toks apžvalginis darbas. Su ataskaita už 2023 m. galima susipažinti čia.
2 Metodika
Palydoviniai duomenys buvo kraunami ir apdorojami už 2024 m. vegetacijos sezoną (balandžio - spalio mėnesius). Preliminarus antropogeninis poveikis vandens telkiniams pagal chlorofilą „a“ prognozuotas tiek pagal apibendrintus vidutinius vegetacinio periodo duomenis (Baltijos jūra, Kuršių marios, ežerai ir tvenkiniai), tiek pagal momentines konkrečios datos vertes (tik ežerai ir tvenkiniai). Iš momentinių duomenų taip pat paskaičiuota kiek kartų per metus antropogeninis poveikis kiekviename telkinyje galėjo būti reikšmingas.
Pagal gautus duomenis pamėginta identifikuoti galimai problemiškiausius (labiausiai dabartinio ar praeities žmogaus veiklos poveikio ar natūralių senėjimo procesų paveiktus) vandens objektus 2024 m. Tam vandens objektas turėjo atitikti visus šiuos kriterijus:
- Reikšmingas arba stiprus poveikis pagal vidutinius metinius duomenis (metinis vidurkis iš momentinių 50 kvantilio Chlorofilo a koncentracijų verčių);
- Reikšmingas arba stiprus vyraujantis poveikis pagal momentinius duomenis;
- Atmetami vandens objektai su pavadinimu “Bevardis”;
- Atmetami < 5 ha ploto vandens objektai (šame etape, dėl tikėtinų klaidų tokiuose mažuose objektuose).
Pažymėtina, kad chlorofilo „a“ įverčiai galimai atspindi tik vieno vandens kokybės elemento fitoplanktono indekso (toliau – EFPI), kuris naudojamas ežerų ir tvenkinių ekologinės būklės vertinimui, sudėtinę dalį. Yra žinoma, kad chlorofilo „a“ ir EFPI vertės gerai koreliuoja. Chlorofilo „a“ koncentracija dažniausiai pakankamai gerai atspindi antropogeninį poveikį vandens telkiniams, nors aukštos chlorofilo vertės gali būti ir dėl nepalankių natūralių gamtinių procesų, kaip, pavyzdžiui, natūralus vandens telkinio senėjimas ar laikinos sparčiam dumblių dauginimuisi palankios sąlygos (ilgai trunkantys dideli karščiai bei ramus saulėtas oras ir pan.). Dėl šios priežasties palydovinių duomenų dėka nustatyti galimai probleminiai vandens telkiniai turi papildomai būti įvertinti ekspertiškai, įskaitant papildomos vietinės informacijos surinkimą apie galimus taršos šaltinius, papildomus tyrimus ir pan. Atkreipiame dėmesį, kad vandens telkinių būklė vertinima integruotai iš visų ekologinės būklės kokybės elementų (fitoplanktono, fitobentoso, makrofitų, dugno bestuburių, žuvų, fizikinių-cheminių ir hidromorfologinių) įverčių, nustatytų vadovaujantis valstybinio monitoringo tyrimų duomenimis bei atitinkamais vertinimo kriterijais ir aprašais, nurodytais Paviršinių vandens telkinių būklės nustatymo metodikoje, su kuria detaliau galima susipažinti čia.
Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta aukščiau, aukščiau nurodytoje būklės vertinimo metodikoje chlorofilo a 5 būklės klasių ribų vertės naudotos ne telkinių būklei įvertinti, bet indikacijai apie galimą antropogeninio poveikio arba nepalankių natūralių procesų stiprumą. Labai gera, gera, vidutinė, bloga ir labai bloga būklės klasės čia užvadintos kaip atitinkamos poveikių skalės: Nėra; Nereikšmingas; Mažas; Reikšmingas; ir Stiprus. Poveikius atspindintys kriterijai pagal chlorofilo a koncentracijas pateikiami žemiau (žr. Lentelė 1).
Lentelė 1: Būklės klasių ribos pagal ežero tipus pagal chlorofilo a:
| Poveikis | P1 | P2 | P3_P4 | S1 | S2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Nėra | <7,2 | <11,9 | <9,7 | <6,9 | <4,8 |
| Nereikšmingas | 7,2 - 13,2 | 11,9 - 24,8 | 9,7 - 17,8 | 6,9 - 12,0 | 4,8 - 8,6 |
| Mažas | 13,2 - 24,3 | 24,8 - 51,2 | 17,8 - 32,9 | 12,0 - 21,0 | 8,6 - 15,3 |
| Reikšmingas | 24,3 - 44,8 | 51,2 - 106,5 | 32,9 - 61 | 21,0 - 36,5 | 15,3 - 27,3 |
| Stiprus | >44,8 | >106,5 | >61 | >36,5 | >27,3 |
| P1 | P2 | P3_P4 | S1 | S2 |
|---|---|---|---|---|
| <12,0 | <22,0 | <17,0 | <15,0 | <9,0 |
| 12,0 - 24,0 | 22,0 - 41,0 | 17,0 - 33,0 | 15,0 - 25,0 | 9,0 - 16,0 |
| 24,0 - 45,0 | 41,0 - 78,0 | 33,0 - 63,0 | 25,0 - 42,0 | 16,0 - 28,0 |
| 45,0 - 87,0 | 78,0 - 145,0 | 63,0 - 120,0 | 42,0 - 70,0 | 28,0 - 50,0 |
| >87,0 | >145,0 | >120,0 | >70,0 | >50,0 |
Poveikio stiprumo kriterijai skiriasi priklausomai su vadinamųjų fitoplanktoninių ežerų tipų (žr. Lentelė 2), kurie išskiriami iš esmės pagal vandens apsikeitimo greitį ir tūrį atspindinčias charakteristikas (Ežero tūrio santykis su baseino plotu (VQ), vidutinį gylį, pratakumą) bei pagal priklausomybę tipams, išskirtiems pagal Direktyvos 2000/60/EB (BVPD) reikalavimus
| BVPD tipas | Fitoplanktoninis tipas | Rodikliai |
|---|---|---|
| II - III | S1 | VQ < 1,5 |
| II - III | S2 | VQ > 1,5 |
| I | P1 | VQ < 1,5 |
| I | P2 | VQ > 1,5; vidutinis gylis < 3m; pratakumas <1210% |
| I | P3 | VQ > 1,5; vidutinis gylis ≥ 3m; pratakumas <1210% |
| I | P4 | VQ > 1,5; pratakumas > 1210% |
Duomenys ežerams buvo siunčiami iš nuotraukų blokų, kuriose debesuotumas galėjo siekti net iki 99 %. Tuo siekta “pagauti” maksimalų kiekį vandens telkinių ar jų dalių kiekvieną dieną, kai buvo nuotraukų, ir taip išnaudoti visas įmanomas galimybes, kurias suteikia palydoviniai duomenys poveikiams identifikuoti. Tačiau tai taip pat gali reikšti, kad kai kurios vertės gali būti nereprezentatyvios ar šiek tiek iškritusios iš konteksto, jeigu galimas poveikis įvertinamas tik mažoje telkinio dalyje, kuri ženkliai skiriasi nuo likusios akvatorijos. Dėl šios priežasties, jeigu nustatomos aukštos vertės, visada bus reikalingas ekspertinis žvilgsnis, įvertinantis ir tai, kokia akvatorijos dalis buvo prieinama nuotraukoje. Baltijos jūroje ir Kuršių mariose tikslai buvo šiek tiek kiti - parenkant nuotraukas analizei buvo siekiama, kad didžioji dalis šių telkinių akvatorijos būtų nepadengta debesimis, kad rezultatai būtų pakankamai reprezentatyvūs.
3 Duomenų bendroji apžvalga
Per visą 2024 m. vegetacijos sezoną (balandžio - spalio mėnesiais) panaudoti 185 dienų iš 214 galimų t.y. 86.45 % viso laikotarpio nuotraukų duomenų (2023 m. atitinkamai 178 dienos arba 83 %). Iš viso per visą 2024 m. vegetacijos sezoną surinkta informacija apie 3347 vandens objektus (ežerus, tvenkinius, Baltijos jūrą ir Kuršių marias), kas sudaro 99.82 % visų > 1 ha ploto Upių, ežerų ir tvenkinių kadastro (toliau - UETK) vandens objektų, arba 83.76 % visų atitinkamų UETK vandens objektų (įskaitant < 1 ha). 2023 m. surikta informacijos tik 1 vandens objektu daugiau nei 2024 m.
Iš viso per 2024 m. laikotarpį (vegetacijos periodą) surinkta 116794 (chlorofilo a koncentracijų verčių t.y. duomenų eilučių duomenų bazėje). Tai yra 4 % mažiau nei 2023 m., kuomet buvo surinkta 121240 duomenų eilučių. Tačiau dėl skirtingo atskirų ežerų prieinamų nuotraukų skaičiaus ir nevienodo debesuotumo sąlygų surinktos informacijos kiekis apie kiekvieną šalies vandens objektą yra nevienodas ir gana smarkiai varijuoja (žr. Paveikslas 1). Tiek 2023 m., tiek ir 2024 m. dauguma vandens objektų nuotoliniu būdu ištirta 30 - 45 kartų ribose (2024 m. vidutiniškai - 35).
4 Vidutinių sezoninių duomenų analizė
Išvedus kiekvieno vandens objekto suklasifikuotai akvatorijai 50 procentilio (kvantilio) chlorofilo a koncentracijų sezoninį vidurkį ir pagal jo vertę bei metinius poveikio kriterijus (žr. Lentelė 1 a dalį) nustačius galimą poveikio klasę nustatyta, kad maždaug 61 % vandens objektų galimai gali patirti ar patyrė praeityje pakankamai reikšmingą žmogaus veiklos poveikį, kai tuo tarpu stiprus poveikis gali pasireikšti 7 % vandens objektų (žr. Paveikslas 2 ir Paveikslas 3). 2023 m. reikšmingai ir stipriai paveiktų vandens objektų skaičius sudarė atitinkamai 53 ir 4 %. Taigi, 2024 m. tiek santykinai, tiek absoliučiu dydžiu ženkliai padaugėjo reikšmingai paveiktų vandens objektų, atitinkamai ženkliai sumažėjus mažo poveikio vandens objektų skaičiui. Galimai paveiktų ir nepaveiktų vandens objektų erdvinis pasiskirstymas pateiktas interaktyviame žemėlapyje (žr. Paveikslas 4), o šiuo aspektu preliminariai įvertintų vandens objektų sąrašas - atskiroje lentelėje (žr. Paveikslas 5).
5 Momentinių duomenų analizė
Analizuojant momentinius duomenis žiūrima į kokią poveikio klasę vandens objektas patenka kiekvieną pasirinktą datą, o tada skaičiuojama kiek dažnai į atitinkamą klasę jis pateko, kokia klasė vyravo ir kiek kartų buvo viršytas pasirinktas poveikio reikšmingumo slenkstis. Tokia informacija leidžia papildomu pjūviu šalia vidutinių sezoninių duomenų įvertinti galimą telkinio problemiškumą, žmogaus veiklos poveikio galimą intensyvumą.
Čia pasižiūrėti du galimi poveikio stiprumo slenksčiai - skaičiuoti atvejai, kai poveikis pasiekė bent mažo poveikio lygį, ir atvejai, kai viršytas reikšmingo poveikio lygis. Bent kartą mažo poveikio lygį buvo viršiję didžioji dauguma vandens objektų (99.9 %, 2024 m - 99.7 %). Reikšmingo poveikio lygį bent kartą perkirto taip pat didelė dalis vandens objektų (89.5 %, 2024 m - 84.1 %). Vistik vienkartinis viršijimas dar savaime neindikuoja kažkokios problemos. Šiuo atveju svarbesnis yra viršijimų dažnio rodiklis. Dažniausiai pasitaikė 7-20 kartų peržengiamas mažo poveikio slenkstis (2023 m - 5-17 k.) (žr. Paveikslas 6), kai reikšmingo poveikio slenkstis buvo dažniausiai peržengiamas 2-5 kartus (žr. Paveikslas 7).
Žvelgiant į poveikio klasių pasikartojimą matyti, kad kažkokio lygio poveikis galimai egzistuoja bent pusėje duomenų aibės (55.06 %, 2023 m. - 48 %), tačiau reikšmingas ir stiprus poveikis - tik 14.6 % atvejų (2023 m. - 11 %) (Paveikslas 8 ir Paveikslas 9). Taigi, 2024 m. mažą ar didesnį poveikį indikuojančių momentinių įverčių aibė buvo didesnė.
Skaičiuojant poveikio klasių pasikartojimą visoje duomenų aibėje vaizdą gali kiek iškreipti vandens telkiniai, kurie stebėti dažniau. Todėl kitas būdas situacijai vertinti - išskirti kiekviename telkinyje vyraujančią poveikio klasę. Tas padaryta, tačiau priimant, kad jeigu prasčiausios daugiausiai pasikartojančios klasės pasikartojimo dažnumas lygus geresnės klasės pasikartojimo dažnumui, vyraujančia klase laikoma geresnė klasė (vertinimas į “geresnę pusę”). Visgi rezultatas gaunamas gana panašus, išskyrus tai, kad stiprus poveikis beveik niekad nevyrauja ir šiek tiek didesnė dalis tenka nereikšmingam ir mažam poveikiui (Lentelė 3). Bent kažkokio lygio poveikis (mažas, reikšmingas ar stiprus) pagal šį analizės pjūvį galimai paliečia 50 % telkinių. Palyginus su praeitais metais galima konstatuoti, kad vyraujantis mažas ar didesnis antropogeninis poveikis 2024 m. buvo stebimas didesniame skaičiuje vandens objektų nei 2023 m. (41 %).
| Vyraujantis poveikis | Atvejai | Atvejai % |
|---|---|---|
| Mažas | 1534 | 46 |
| Nereikšmingas | 1308 | 39 |
| Nėra | 364 | 11 |
| Reikšmingas | 133 | 4 |
| Stiprus | 8 | 0 |
| Nėra duomenų | 6 | 0 |
Detaliai susipažinti su poveikio klasių pasikartojimu ir vyraujančia klase kiekvienam telkiniui galima lentelėje apačioje (Paveikslas 10).
6 Galimai problemiškiausi vandens objektai 2024
Pritaikius Metodikos skyrelyje išdėstytą metodiką 2024 m. identifikuota 52 galimai pačių problemiškiausių vandens objektų, kuriuose pagal palydovinius duomenis fiksuotos galimai didžiausios Chlorofilo a koncentracijos (metinės, momentinės ar reikšmingo poveikio slenkstį dažniausiai peržengiančios). Bendra tendencija - kuo mažesni vandens objektai, tuo probleminių telkninių daugiau. Daugiausia tokių buvo <10 ha paviršiaus ploto kategorijoje (23), o mažiausia - didžiųjų (>50 ha ploto) vandens telkinių kategorijoje, kuriems visų pirma taikomas Vandens įstatymo ir ES Direktyvos 2000/60/EB reikalavimas pasiekti gerą ekologinę būklę. Tokių probleminių vandens telkinių identifikuota 10. Iš jų dauguma ežerai ar tvenkiniai: Angirių tvenkinys, Didžiulis, Karališkių ežeras, Kauno HE tvenkinys, Mastis, Simno ežeras, Švenčius, Ūdrijos ežeras. Taip pat tarp probleminių didžiųjų telkinių pateko ir jūriniai vandenys: Teritorinė jūra, Šiaurinė akmenuota priekrantė. Detaliau su probleminiais telkiniais galima susipažinti apačioje pateikiamame žemėlapyje (Paveikslas 11) ir lentelėje (Paveikslas 12). Galutiniam nustatymui ar šie vandens telkiniai tikrai probleminiai reikalinga dar įvertinti panaudotų nuotraukų kokybę, esamus kitus duomenis, galbūt atlikti realius tyrimus ar apžiūrą vietoje.
7 Chlorofilo a koncentracijų pasiskirstymas
Be skirstymo į poveikio klases naudinga įvertinti ir nuotoliniu būdu nustatytų chlorofilo a koncentracijų intervalą, išsibarstymą, dažniausias vertes. Vienas būdas yra įvertinti šį išsibarstymą pagal kvantilius (procentilius), tiek momentiniams, tiek ir vidutiniams metiniams duomenims (Paveikslas 13). Natūralu, kad prie didesnių procentilių gaunamas ir aukštesnių verčių intervalas. Momentinių duomenų išsibarstymo intervalai yra platesni nei metinių, tačiau medianinės vertės ties kiekvienu procentiliu yra šiek tiek žemesnės. Pagal momentines vertes, priklausomai nuo procentilio, dažniausių verčių intervalas yra 13-84 mkg/l (2023 m. - 12-73 mkg/l), o pagal vidutines metines - 19-71 mkg/l (2023 m. - 17-65 mkg/l). Medianinės vertės ties 50 procentiliu yra atitinkamai 29 ir 33 mkg/l (2023 m. - 27 ir 30 mkg/l). Įvertinant išskirtis, pagal metinius duomenis jos maksimaliai siekia iki ~ 114 mkg/l (2023 m. - 103 mkg/l) (nuo 82 iki 114 mkg/l priklausomai nuo procentilio, o 2023 m. - nuo 67 iki 103 mkg/l), o pagal momentinius - iki 154 mkg/l (2023 m. - taip pat 154 mkg/l) (nuo 142 iki 154 mkg/l priklausomai nuo procentilio, o 2023 m. - nuo 130 iki 154 mkg/l). Iš to galima pastebėti, kad, lyginant su 2023 m., 2024 m. dažniausios vertės, išskirtys šiek tiek pasislinko į didėjimo pusę.
Apžvelgiant chlorofilo a koncentracijų išsibarstymą pagal ežerų fitoplanktoninius tipus, palyginimo tikslais įtraukiant kaip atskirą tipą ir Baltijos jūrą bei Kuršių marias (čia žymimas kaip BJM),matyti, kad išsibarstymo vertės aukštėja judant link tipų, kuriems būdingos aukštesnės poveikio klasių ribinės vertės (“laisvesnės”). Iliustracijoje tipai išrikiuoti didėjančia ribinių verčių kryptimi (Paveikslas 14). Šiai krypčiai “nepaklūsta” tik S2 ir S1 tipai (iš dalies ir P2), tačiau kol kas sunku daryti kažkokias išvadas dėl to.
8 Nuotraukų pavyzdžiai
Žemiau pateikiami apkarpytų Baltijos jūros ir Kuršių marių Lietuvos akvatorijų apdorotų, klasifikuotų (su nustatytomis chlorofilo a koncentracijomis) ir kategorizuotų (su priskirtomis poveikio klasėmis) nuotraukų pavyzdžius (žr. Paveikslas 15, Paveikslas 16 ir Paveikslas 17).
9 Išvados
- Per 2024 m. vegetacijos sezoną (balandis-spalis) panaudota 86.45 % viso laikotarpio nuotraukų duomenų (185 dienų iš 214 galimų). Tai ~ 3.5 % daugiau nei 2023 m.;
- Per šį laikotarpį surinkta informacija apie 3347 vandens objektus - 99.82 % visų > 1 ha ploto ir 83.76 % absoliučiai visų UETK kadastro vandens objektų (ežerų ir tvenkinių). Tai reiškia, kad 2024 m., kaip ir 2023 m., Projekto rodiklis (70 % UETK ežerų ir tvenkinių ištirtumas per metus) ne tik kad pasiektas, bet ir viršytas;
- 2024 m. vegetacijos periodu surinkta 116794 duomenų įrašų duomenų bazėje (prognostinių chlorofilo a koncentracijų), kas būtų 4 % mažiau nei 2023 m. Tai vidutiniškai sudarė 35 “nuotolinių matavimų” 1 ežerui. Valstybinis monitoringas atliekamas 4 k./metus, 1-2 k./6 metus;
- 2024 m. vidutiniai sezono duomenys rodo, kad iki 61 % UETK vandens objektų (> 1 ha) galimai gali patirti ar praeityje patyrė pakankamai reikšmingą žmogaus veiklos poveikį, kai tuo tarpu stiprus poveikis galėjo pasireikšti 7 % vandens objektų. 2024 m. tiek santykinai, tiek absoliučiu dydžiu ženkliai padaugėjo reikšmingai paveiktų vandens objektų, atitinkamai ženkliai sumažėjus mažo poveikio vandens objektų skaičiui. Ši poveikių pasiskirstymo proporcija iš esmės atitinka rizikos ežerų ir tvenkinių (> 50 ha ploto) dalį (64 %);
- Pagal momentinius 2024 m. duomenis reikšmingo poveikio klasių pasikartojimas buvo ženkliai mažesnis nei pagal vidutinius duomenis - 13.33 % prieš 61 %. Šis skirtumas 2024 m. lyginant su 2023 m. dar labiau išaugo (~ 5 %);
- Iš momentinių verčių kiekvienam vandens objektui nustačius vyraujantį antropogeninio poveikio stiprumą galima konstatuoti, kad bent kažkokio lygio poveikis (mažas, reikšmingas ar stiprus) pagal šį analizės pjūvį galimai paliečia 50 % telkinių. Tai yra daugiau nei 2023 m. (41 %);
- Momentiniai duomenys parodė, kad 2024 m. dažniausiai pasitaikė 7-20 kartų peržengiamas mažo poveikio slenkstis, kai reikšmingo poveikio slenkstis buvo dažniausiai peržengiamas 2-5 kartus;
- Maksimalios (95 kvantilio) momentinės chlorofilo a koncentracijos siekė 154 mkg/l, o vidutinės metinės - 114 mkg/l. Tokios vertės atitinka išskirtis, kurios 2024 m. išaugo vidutinėms metinėms vertėms;
- Dažniausių momentinių verčių intervalas buvo 13-84 mkg/l, o vidutinių metinių - 19-71 mkg/l (priklausomai nuo procentilio) - intervalų reikšmės 2024 m. šiek tiek pasislinko į didesnę pusę;
- Medianinės chlorofilo a koncentracijų vertės ties 50 procentiliu buvo atitinkamai 29 mkg/l momentiniams ir 33 mkg/l vidutiniams metiniams duomenims - truputį didesnės nei 2023 m.
- Buvo nustatyti 52 labiausiai probleminiai vandens objektai, tarp kurių vyrauja <10 ha objektai. Iš didžiųjų (>50 ha) paminėtini Baltijos jūros Šiaurinė akmenuota priekrantė, Teritorinė jūra, Kauno HE tvenkinys, Mastis, Didžiulis, Simno ežeras, Angirių tvenkinys ir kt.;
- Bendras pastebėjimas - 2024 m. duomenys rodo galimai didesnį neigiamą žmogaus veiklos poveikį vandens objektų ekologinei būklei, tačiau ar taip ištikro yra, ar tai tik metinės fluktuacijos (dėl orų lygų, duomenų kiekio, ar debesuotumo nulemtų prieinamų klasifikavimui akvatorijų dydžių ar kt. objektyvių priežasčių), šiuo metu nustatyti dar sudėtinga.