Андижанское водохранилище
Построено и сдано в эксплуатацию в 1979-1980 гг. на р. Кара Дарье, в верховье р. Сырдарьи. Проектный объем - 1 млрд 850 млн м3, общая площадь - 8000 га, при максимальной глубине 100 м и средней глубине 45 м.
Показаны сообщения с ярлыком Водохранилища. Показать все сообщения
Показаны сообщения с ярлыком Водохранилища. Показать все сообщения
воскресенье, 25 декабря 2022 г.
суббота, 17 декабря 2022 г.
Таджикское Море или Баҳри Тоҷик
Что такое Таджикское Море или Кайраккумское водохранилище
Таджикистан расположен в центре Евразии и казалось бы, он далеко от морей и океанов, но и в Таджикистане есть свое море, которое создал человек. Таджикское Море также имеет название Баҳри Тоҷик, а до 2016 года это море называлось Кайраккумское водохранилище.
пятница, 21 августа 2020 г.
Серебряный карась как объект прудового рыбоводства
Серебряный карась как объект прудового рыбоводства
В современном прудовом рыбоводстве, сориентированном чаще всего на выращивание карпа и растительноядных рыб, серебряный карась часто считается сорной рыбой. Однако при этом рыбоводные хозяйства европейской части России ежегодно вылавливают товарного карася в значительных объемах.
четверг, 13 августа 2020 г.
Перспективы вселения рыбца в Горьковское водохранилище и его естественная кормовая база
Перспективы вселения рыбца в Горьковское водохранилище и его естественная кормовая база
Водохранилища Волжского каскада являются водоемами комплексного назначения. Большинство из них созданы в середине прошлого столетия для выработки дешевой электроэнергии. Однако кроме гидроэнергетических целей водохранилища являются источниками водоснабжения регионов Поволжья, по ним осуществляется судоходство, а также они используются для рыболовства и рекреации населения.
вторник, 4 августа 2020 г.
Губернатор Волгоградской области предложил создать госпрограмму по восстановлению Донского бассейна
Губернатор Волгоградской области предложил создать госпрограмму по восстановлению Донского бассейна
Губернатор Волгоградской области Андрей Бочаров на межрегиональном совещании, которое в эти минуты проходит в Волгодонске, выступил с инициативой разработать и реализовать комплексную государственную программу по восстановлению и сохранению рек Донского бассейна и Цимлянского водохранилища.воскресенье, 2 августа 2020 г.
Росрыболовство подготовило законопроект о создании системы биологической мелиорации
Росрыболовство подготовило законопроект о создании системы биологической мелиорации
Это позволит оздоровить Цимлянское водохранилище и бассейн
реки Дон, уточнили в ведомстве.
Росрыболовство подготовило проект изменений в действующее
законодательство для создания в России системы биологической мелиорации,
которая позволит оздоровить Цимлянское водохранилище и бассейн реки Дон. Об
этом в пятницу сообщили в пресс-службе ведомства.
воскресенье, 4 сентября 2016 г.
ЭКОЛОГО-ГИДРОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ БЕРЕГОЗАЩИТНЫХ ЭКОСИСТЕМ НА КРУПНЫХ РАВНИННЫХ ВОДОХРАНИЛИЩАХ
ЭКОЛОГО-ГИДРОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ БЕРЕГОЗАЩИТНЫХ ЭКОСИСТЕМ НА КРУПНЫХ РАВНИННЫХ ВОДОХРАНИЛИЩАХ
Рассмотрены проблемы улучшения технического и экологического состояния крупных равнинных водохранилищ, важнейшей из которых является защита прибрежных территорий. С эколого-гидроморфологических позиций проанализированы процессы формирования берегов водохранилищ. Предлагаются приемы и методы защиты, позволяющие максимально использовать экосистемные гидроморфологические особенности берегов и проводить берегозащитные мероприятия для повышения их эффективности и сохранения биоразнообразия.
В связи с тем, что строительство крупных равнинных водохранилищ сопровождается поднятием уровней воды, а значит, и местных базисов эрозии, как сопутствующие явления возникают обширные зоны затопления и подтопления земель, формирования берегов и повышения эрозионной активности на склонах. Ареалы распространения этих явлений определяют зону влияния вновь образованного водохранилища на прилегающие к нему территории. С другой стороны, на этих территориях формируется зона влияния суши на водохранилище, в первую очередь, в виде органических и минеральных загрязнений, которые вместе с плоскостным и линейным поверхностным стоком, грунтовыми водами и, в меньшей мере, воздушным выносом поступают в акваторию и загрязняют ее. Прилегающая суша, которая активно влияет на экологическое состояние водного объекта и испытывает существенное влияние водных масс этого объекта, получила название «водоохранная зона» (дальше - ВЗ) [3-6].
Для ограничения и ликвидации вредного воздействия на водоемы в пределах ВЗ проводятся мероприятия по перехвату и ликвидации загрязненных вод, в первую очередь - это соответствующие агролесомелиоративные мероприятия и регламентация хозяйственной деятельности. В результате проведения таких мер ВЗ становится средством охраны вод и сохранения экосистемы водного объекта. Вместе с тем сама территория ВЗ испытает значительное влияние как водных масс водохранилища, так и аккумулированных здесь загрязнений и, таким образом, становится объектом охраны. Такой барьерный переходной и вместе с тем особый статус ВЗ позволяет отнести ее к экотону, т. е. переходной зоне между двумя соседними экосистемами суши и воды [27]. Особенности ВЗ как экотона рассмотрены в других наших роботах [9; 13; 14], здесь же отметим, что зона формирования берегов водохранилища также входит в этот экотоп.
Зона формирования новых берегов водохранилищ после их наполнения охватывает прилегающие к урезу воды склоны террас и коренные склоны затопленной долины реки [3]. Эта зона получила название «береговая зона» (дальше - БЗ). Ведущие факторы формирования БЗ объединяются под названием «береговые процессы», которые включают процессы разрушения существующего рельефа действием волн (абразия), стоковых течений (эрозия), поперек и вдоль береговых ветроволновых течений (размыв, транспорт и аккумуляция наносов). В связи с подрезкой склонов на них возникают водно-гравитационные разрушающие процессы - оползни, обвалы, оссовы, осыпи и т.п. Размытые и обваленные в зону уреза воды породы перемещаются течениями воды в зоны аккумуляции вдоль берега и в сторону ложа, а мелкие частицы пород взвешиваются водой и образовывают взвеси [21; 28].
Масштабы береговых процессов на водохранилищах бывшего СССР можно оценить по данным А.Б. Авакяна [2] и С.Л. Вендрова [1]. Так, в частности, протяжность абразионных берегов на крупных равнинных водохранилищах бывшего СССР (46 штук) достигала 15 тыс. км при общей протяжности береговой линии около 40 тыс.км. Ежегодные объемы разрушения этих берегов составляли по ориентировочным подсчетам 230-270 млн м3 [1].
Основные положения эколого-гидроморфологического анализа берегов водохранилищ
Многолетние исследования автора и анализ публикаций позволили сформулировать следующие основные подходы к эколого-гидроморфологическим исследованиям берегов водохранилищ.
Зона формирования берегов водохранилища (дальше - береговая зона) - это новое образование на урезе воды в водохранилище, которое состоит из надводного и подводного склонов, охваченных береговым процессом (рис.1). В вертикальной плоскости береговой процесс проявляется в обваливании, осыпании, сползании под влиянием водно-гравитационных процессов материалов, которыми сложены надводные склоны, к линии уреза воды, сортировке и следующем перемещении этого материала в сторону ложа по поверхности подводного берегового склона с помощью волновых поперечных течений воды. Основными факторами размыва подводных и надводных склонов берега выступают волны и вызванные их разрушением течения, стоковые течения, геологическое строение и рельеф береговой зоны. Сочетания этих факторов создают комбинации гидро-, reo-, морфо- и литодинамики, которые и определяют тип и направленность развития береговой зоны. Аккумуляция размытого материала частично происходит возле подножия склонов, частично на поверхности отмели и за ее внешним краем (рис.1). Береговая зона является составной частью экосистемы прибрежного экотона водохранилища (ВЗ) как элемент его биотопической структуры.
АВ - побережье; В - вершина берегового уступа; D il)¡) - подошва берегового уступа; BCDF (BCDjF) -надводный береговой склон (берег); CDD[ - обвал (осыпь); ¡)1<1;,1), - пляж (береговой бар или вал); FGHL -подводный береговой склон; FD - зона наката (заплеска) волн; FFfiH - береговая отмель; G - граница абразионной и аккумулятивной частей отмели; GF} - абразионная часть отмели (бенч); (¡ПК - аккумулятивная часть отмели; H - внешний край отмели; HKL - шлейф из прибрежных осадков; LM - дно; УВ - уровень воды; 1 - исходный профиль берега; 2 - потоки наносов; 3 - обвал (осыпь); 4 - пляж; 5 - отмель; 6 - шлейф из осадков;
7 - коренной склон
Вдоль берега (в плане) сразу после заполнения водохранилища начинается абразионное выравнивание береговой линии (линии уреза воды), которое проявляется в размыве волнами и течениями выступов берега (мысов), перемещении размытого материала поперечными течениями в сторону ложа водохранилища, а продольными течениями вдоль берега к бухтам, заливам, препятствиям, где скорость течений гасится, а материалы, которые они переносят, аккумулируются (рис.1). Через 5-10 лет формируются отмели, которые частично гасят энергию волн, при этом возрастает роль вдольбереговых течений воды и наносов. Вдоль линии уреза воды возникают устойчивые во времени места транспорта, размыва и аккумуляции наносов, формируются динамические системы берегов [22], которые состоят из зон: формирования наносов в результате размыва берега - зоны размыва (питания); преобладающего отложения наносов, где транспортирующая способность вдольберегового течения падает - зоны аккумуляции (разгрузки); транспорта наносов, где профиль берега устойчивый и близкий по форме к профилю динамического равновесия - зоны транспорта (рис.2). Динамические системы берегов и составляющие их зоны являются экосистемами более низких порядков в составе прибрежного экотона водохранилища.
Описанные гидро-, морфо- и литодинамика берега характерны для стадии абразионно-аккумулятивного выравнивания (рис.1) береговой линии [3; 21; 22] на берегах, сложенных преимущественно несвязными породами (пески, супески, галька).
1 - участки размыва; 2 - участки аккумуляции; 3 - потоки наносов, толщина стрелки характеризует интенсивность перемещения наносов; 4 - исходная береговая линия
Для берегов, уступы которых сложены связными породами (глинами, суглинками и др.), характерны значительные темпы переработки уступов берегов (10-15 м/год). При недостатке пляжеобразующего песчаного материала аккумулятивные образования проявляются лишь в зачаточном состоянии (углы заполнения, береговые валы, карманные пляжи и т.п.). На этих берегах и на сегодняшний день, несмотря на 50-летний период эксплуатации водохранилищ, преобладают абразионно-эрозионные процессы. Многочисленные попытки защитить эти берега от размыва с помощью каменно-набросных банкетов, которые являются аналогами галечных естественных берегов, успеха не приносят. Необходимо тщательно готовить переходные фракции от камня до глины или суглинка, что сложно осуществить на практике, а иначе каменные банкеты проседают под собственным весом. Кроме этого, такая берегозащита из камня является почти непреодолимым препятствием на пути к воде для людей и животных.
Классическое представление о динамическом равновесии берегов водоемов для всего периметра водохранилищ, созданных на равнинных реках, нам представляется неприемлемым, поскольку здесь, в отличие от озер и внутренних морей, существуют однонаправленные стоковые течения в сторону плотин. Такие течения в комбинации с вдольбереговыми ветро-волновыми течениями приводят к перемещению динамических систем берегов. Равнодействующий вектор таких течений направлен вдоль берега водохранилища, чаще всего - к плотине, поскольку и стоковые течения и ветро-волновые потоки воды и наносов моделируют речные долины и русла материнских рек. Такие явления наблюдаются на Волжско-Камском и Днепровском каскадах, где динамические системы берегов движутся к плотинам ГЭС, формируя косы и пересыпи.
Мониторинговые исследования береговой зоны на участках и створах, которые были начаты после заполнения каждого из водохранилищ, дали возможность проследить историю развития береговой зоны днепровских водохранилищ и уточнить прогнозы формирования берегов на перспективу. Участки и створы мониторинговых наблюдений, как и сами наблюдения за формированием берегов днепровских водохранилищ, были начаты на сети, заложенной еще на стадии проектирования каждого из них. Тогда же в составе проектов были выполнены прогнозы формирования берегов водохранилищ на участках побережья, где находились населенные пункты и важные народнохозяйственные объекты.
Для наблюдений за динамикой берегов и подтоплением земель на волжских водохранилищах была создана Гидрорежимная экспедиция Мингео России, а на днепровских водохранилищах -Гидрогеологическая экспедиция Минводхоза Украины. Наблюдения за берегами днепровских водохранилищ выполнялись на основе утвержденной методики [24] на инженерно-геологической сети сначала в количестве около 1000 створов. Один раз в пять лет уточнялись или разрабатывались новые прогнозы переформирования берегов днепровских водохранилищ по методикам, разработанным Всесоюзным НИИ гидротехники (ВНИИГ) имени Б.Е. Веденеева [23] и Украинским филиалом Центрального НИИ комплексного использования водных ресурсов (ЦНИИКИВР) [25].
На берегах, сложенных связными грунтами, которые формируются под влиянием волн и течений (размокание и размыв грунтов) при дефиците пляжеобразующего песчаного материала, стадии расчленения и выравнивания четко не отделяются одна от другой, а стадия абразионно-аккумулятивного выравнивания наступает лишь тогда, когда в береговую зону начинает поступать достаточное количество пляжеобразующего материала. На остальных типах берегов (эрозионных, нейтральных, аккумулятивных) таких стадий развития не существует вообще. На эрозионных берегах ведущим фактором является деятельность стоковых течений, результатом проявления которых выступают плесы и перекаты. Поскольку эти берега расположены, в основном, в рекообразной области водохранилища [13], где происходит трансформация попусков ГЭС и спрямляются участки русла, то они (берега) находятся на начальной стадии эрозионного размыва.
Группа нейтральных берегов расположена преимущественно в мелководной зоне, где стоковые течения недостаточны для размыва, а ветро-волновые процессы ограничены малыми глубинами, островами и растительностью. Отступание берега и образование береговых уступов здесь носит спорадичный и временный характер, вызванный субтеральными и, в меньшей степени, субаквальными причинами.
По данным наших наблюдений, ширина отмели на песчаных берегах днепровских водохранилищ составляет 50-100 м, максимальные высоты волн на внешнем крае отмели - 2,0-2,5 м, скорости вдольбереговых течений воды достигают 1-2 м/с, а мощность вдольбереговых потоков наносов не превышает 10-15 тыс.м3/год. Протяженность динамических систем берегов на днепровских водохранилищах составляет 1-3 км и зависит как от гидродинамических условий, так и от наличия (процентного содержания) пляжеобразующего материала в составе береговых уступов.
Проведение аналогии с естественными динамическими системами берегов других водных объектов показывает, что гидроморфологические параметры этих систем на крупных равнинных водохранилищах в 2-3 раза меньше таких же показателей на береговых отмелях (литоралях) причерноморских лиманов и на порядок меньше показателей динамических систем берегов Черного и Азовского морей. Тем не менее на побережьях морей и лиманов, несмотря на значительно более продолжительный период формирования береговых экосистем, чем на водохранилищах, в областях размыва (питания) динамических систем продолжается интенсивное разрушение береговых уступов на незащищенных участках.
Протяженность естественных динамических систем берегов разных видов (косы северного побережья Азовского моря, бары Арабатской стрелки и западного побережья Черного моря, Джарилгач-Каркинитская система) составляет десятки километров. Они активно развиваются, гася волны за счет отмелей и перемещая вдольбереговые потоки наносов, которые поддерживают аккумулятивные формы.
По нашему мнению, управление состоянием береговых экосистем на крупных равнинных водохранилищах (прежде всего, их берегозащиту) следует выстраивать с учетом существующих динамических систем берегов и их развития по аналогии с естественными динамическими системами берегов в озерах, на морях и лиманах.
Общей закономерностью динамики берегов днепровских водохранилищ за весь период их эксплуатации является уменьшение периметра за счет абразионного и абразионно-аккумулятивного выравнивания береговой линии. По нашим подсчетам это уменьшение составляет около 30 % (1500 км) от первоначального периметра. За период эксплуатации водохранилищ в 2,0-2,5 раза уменьшилась протяженность размываемых абразионных и эрозионных берегов за счет превращения их в нейтральные, стабилизированные (на участках выхода в зону размыва кристаллических пород) и аккумулятивные берега, а также в связи со строительством берегоукрепительных сооружений.
На стадии абразионно-аккумулятивного выравнивания береговой линии, которая за небольшими исключениями продолжается и по настоящее время, береговые процессы дифференцируются, что приводит к закономерному чередованию участков значительного и незначительного размыва берегов. Средняя интенсивность переработки берегов за последние 10 лет составляет от 0,4 м/год на Днепровском до 1,3 м/год на Кременчугском водохранилище, т.е. темпы переработки уменьшились в 10 раз. Однако в отдельные годы переработка берегов достигает значительных размеров: от 3,1 м/год на Днепровском, до 15,6 м/год на Каховском водохранилище.
Ширина зоны переработки берегов за период эксплуатации водохранилищ составляет в среднем (в зависимости от типа берега) от 25-45 м на Каневском, до 45-105 м на Кременчугском водохранилище, а максимальные величины достигают от 52,8 м на Каневском до 306,9 м на Каховском водохранилище. Наиболее активно размываются берега, сложенные связными породами (глинами, суглинками), которые даже на Каховском и Кременчугском водохранилищах не вышли из стадии абразионного выравнивания.
Эколого-гидроморфологический подход к обоснованию берегозащитных сооружений. По нашему мнению, защитные сооружения водохранилищ должны моделировать естественные берега. Из всего многообразия берегов водоемов в качестве аналогов экосистемам берегозащиты водохранилищ могут служить: береговые клифы из стойких к размыву пород (аналоги для подпорных стенок, банкетов и других сооружений, которые не меняют свою конфигурацию со временем); песчаные и галечные пляжи (для искусственных пляжей из тех же материалов); бухтовые и шхерные берега, пересыпи, стрелки, бары, переймы и т.п. (для активных сооружений, которые могут приспосабливаться к гидроморфологическим особенностям береговой зоны и тем самым управлять береговым процессом).
Характерная особенность изложенного подхода - это представление о системах берегозащиты на водохранилищах как о сложных, но целостных техногенных экосистемах в составе экосистемы береговой зоны водохранилища. Функционально эти техногенные экосистемы должны быть максимально приближенными к естественным береговым экосистемам берегов-аналогов. Предложенное нами понятие «техногенная береговая экосистема» [8; 11] необходимо для моделирования и оптимизации береговых экосистем, способных одновременно выполнять функции защиты берегов, водоохранные и социальные функции.
Эти работы показали, что воспроизведение утраченной вследствие урбанизации водной экосистемы естественным путем практически невозможно. Единственный реальный путь - это моделирование новых водных экосистем, которые были бы максимально приближенными к естественным экосистемам и в то же время удовлетворяли бы урбанизационные нужды. На основе этих предложений обосновано представление об инженерной защите берегов и прибрежных территорий как составной части берегозащитных экосистем, которые входят в прибрежный экотон водохранилища - его ВЗ [8]. Одновременно эти экосистемы играют буферную, водоохранную роль в системе инженерного и биотехнического благоустройства прибрежных территорий.
Таким образом, берегозащитные экосистемы - это не только средство борьбы с вредным действием вод (охрана берегов) и с загрязнением водных объектов (водоохрана), но и основа архитектурно-планировочных решений на прибрежных территориях, направленных, кроме всего прочего, на сохранение и приумножение биоразнообразия.
Разные системы берегозащиты (их экологические особенности, вопросы оптимизации и моделирования этих экосистем с целью сохранения биоразнообразия и управления береговыми процессами и т.п.) были рассмотрены раньше в ряде других наших работ [8; 11 и др.].
Эколого-гидроморфологический анализ берегозащитных работ, выполненных в 1988-2012 гг. На представлениях о динамических системах берегов днепровских водохранилищ, о целесообразности строительства берегозащитных сооружений на стадии абразионно-аккумулятивного выравнивания береговой линии и о формировании берегозащитных сооружений в виде аналогов естественных берегов были разработаны подходы к обоснованию берегозащитных сооружений на ряде объектов днепровских водохранилищ. Эти работы были выполнены на основе мониторинговых исследований их берегов.
Предлагаемое внедрение в научную практику понятия «техногенная береговая экосистема» означает переход от систем защиты берегов (сооружения и мероприятия) к моделированию береговых экосистем, способных одновременно выполнять функции защиты берегов, водоохранные и социальные функции.
Создание техногенных систем берегозащиты в виде берегов-аналогов позволяет превращать неустойчивые естественные берега в статически или динамично устойчивые с заданными наперед с помощью аналогии свойствами. Сооружения-аналоги обеспечивают состояние равновесия в прилегающей к ним части береговой зоны, поскольку минимизируют нарушение естественного развития берега и обеспечивают управление береговым процессом и развитием береговой зоны. Берегозащитные сооружения при этом не только гасят волны или течения воды, которые размывают берег,но и направляют их энергию на формирование устойчивых берегов.
На днепровских водохранилищах используются [7; 29] такие традиционные, хорошо разработанные в научно-техническом плане виды берегоукреплений, как искусственные пляжи (примывы), подпорные бетонные стенки и укосы, каменно-набросные банкеты, буны и различные комбинированные и нетрадиционные методы.
Около 55 % протяженности защиты берегов выполнены каменно-набросными банкетами и их модификациями. Эти же банкеты часто являются основной составляющей частью комбинированных защит и наиболее распространены там, где нет песчаных грунтов (Каховское водохранилище), или же там, где есть выходы кристаллических пород в береговой зоне (Днепровское и Днепродзержинское водохранилища). На остальных водохранилищах больше распространены искусственные пляжи (примывы), поскольку здесь есть залежи песка. Буны, бетонные стенки и укосы встречаются сравнительно редко, в основном в населенных пунктах и на хозяйственных объектах. Большинство берегоукреплений разрушается из-за проектных просчетов и недостатков строительства и эксплуатации.
Как показывает опыт, наиболее экологически значимыми, т. е. близкими к естественным берегам-аналогам, оказались искусственные пляжи и примывы, которые естественно вписываются в окружающую среду и могут использоваться для рекреационных целей [8; 11]. В населенных пунктах искусственные пляжи в комбинации с бунами, подпорными стенками имеют большие перспективы, особенно при условии дополнения этих сооружений водоохранным инженерным и биотехническим благоустройством и обеспечением социальных функций.
Каменные банкеты и наброски ограничивают доступ населения и животных к воде, вызывают застойные явления и накопление мусора в приурезовой зоне, т. е. приобретают негативное социальное и экологическое значение. Они сложны и дороги в строительстве и эксплуатации и потому их использование на водохранилищах требует надлежащего обоснования и оптимизации, в первую очередь, с точки зрения повышения их экологической безопасности и улучшения социальных функций.
Если сооружение искусственного пляжа невозможно в связи с отсутствием песка, целесообразно заменить каменно-набросной банкет на буны, шпоры, прерывистое крепление или другое сооружение, которое обеспечивает свободный доступ к воде. Межбунное пространство целесообразно заполнять привозным или намытым песчаным грунтом. Для закрепления откосов берега между бунами или блокирующими элементами (при прерывистом креплении) хорошо зарекомендовали себя биологические методы (посадки вербы, лозы, камыша, тростника и пр.). В условиях, когда основным движущим фактором гидродинамики берега являются течения, буны выступают вообще как наиболее эффективные, в том числе и с экологической точки зрения, берегоукрепительные сооружения.
Предложения по эколого-гидроморфологическому обоснованию берегозащитных сооружений на водохранилищах. Учитывая вышеизложенное, при участии автора статьи была пересмотрена и уточнена программа мероприятий по закреплению берегов днепровских водохранилищ [29]: уменьшена до 100 км протяжность рекомендованных к защите берегов; сделан существенный упор на защиту окружающей среды (лесов, плодородных земель, памятников природы, исторических и естественных заповедников), населенных пунктов и хозяйственных объектов. Эти предложения были использованы при подготовке Общегосударственной программы развития водного хозяйства Украины (2002 г.) и последующих ее уточнениях.
Как показывает изучение экологического состояния прибрежных земель и акваторий рек Десна, Днепр и днепровских водохранилищ, необходимо дополнительно включить в защитные мероприятия участки берегов, на которых значительно загрязнены почвы и прибрежные воды. Вследствие защиты лесов и ценных земель сохранятся не только ресурсы, но и важные экологические элементы. Все эти меры также будут содействовать охране вод от загрязнения и засорения. Особую роль при этом играют песчаные пляжи (примывы), поскольку они очищают путем фильтрации через песок загрязненную воду, которая поступает из берегов или из акватории на пляжные песчаные откосы. Фильтрационные свойства песка улучшают очистку воды по сравнению с ее самоочисткой в 5-10 раз [21; 28], что подтверждает значительную санитарно-гигиеническую роль песчаных пляжей.
По результатам стационарного мониторинга состояния и динамики береговой зоны в районе потенциальных участков защиты берегов были определены или рассчитаны гидроморфологические показатели береговых процессов и их ключевых факторов: волн, течений, нагонов, уровней воды, береговых уступов, отмелей, наносов. На их основе были построены модели береговой системы для каждого участка и определены необходимые объемы песчаного материала, достаточного для функционирования береговой системы в состоянии динамического равновесия. При этом учитывалась возможность вынесения песка за пределы участки защиты.
Берегозащитные сооружения и водоохранные меры планировалось проводить на всю динамическую систему берега, которая и была объектом защиты. Но на первом этапе в тело пляжа закладывался песчаный материал в объеме, достаточном для 12-летней безаварийной работы. Дополнительный песчаный материал планировалось разместить на втором этапе строительства лишь в зонах размыва и в случае обоснованной необходимости. В отдельных случаях для регулирования потоков наносов были запроектированы буны.
Биологическое крепление посадками специальных видов растительности: наземной - возле береговых уступов и воздушно-водной - на отмели превращало динамическую систему берега в береговую экосистему со специфическими надводными и подводными биотопами и биоценозами.
В естественных условиях нарушенная экосистема, в данном случае береговая экосистема на водохранилище, проходит определенные стадии (фазы, этапы) развития к достижению состояния уравновешенной, саморегулируемой системы. Такие же параметры расчетным путем мы задаем модели береговой экосистемы - участку защиты берега, которая на стадии динамического равновесия должна стать саморегулируемой системой. Достигается это колебаниями наклона береговой отмели соответственно волновым нагрузкам, а также знакопеременными миграциями вдоль и поперек берега течений воды и потоков наносов.
Такие же типы береговых экосистем в виде берегов-аналогов на стадии динамического равновесия, но с каменно-гравийных и других местных грунтов в те же годы были смоделированы на отдельных участках Кременчугского и Днепродзержинского водохранилищ (города Градижск и Днепродзержинск, села Максимовка, Нед огарки, Пронозовка и др.). Эти сооружения, как правило, выполнены «пионерным» способом, когда с помощью каменно-набросного банкета отсекается часть акватории, которая засыпается местным грунтом с последующим биологическим закреплением надводной и подводной частей сооружения.
В Научно-производственном центре Днепровского БУВР был разработан и внедрен метод защиты берега водохранилища на территории населенных пунктов в тех местах, где берег сложен суглинисто-супесчаными грунтами и имеется вдольбереговой поток наносов [7]. В этом случае пляж создается как зона рекреации за счет порционной подсыпки песчаного материала на участках питания потока наносов. Такое строительство рекомендуется выполнять средствами «малой гидротехники», когда строительный материал малыми порциями подается в береговую зону на протяжении продолжительного времени. Постоянное поддержание такого рекреационного пляжа в состоянии динамического равновесия дополняется биологическим закреплением надводной и подводной частей. Искусственно созданные рекреационные пляжи успешно функционируют в городах Канев, Черкассы, Днепродзержинск и других и используются под городскую застройку, а в прибрежной части - под рекреацию.
Применение для защиты берегов водохранилищ местных грунтов (песка, камня, гальки) в комбинации с биологическим закреплением (деревья, кусты, травы) наиболее полно отвечает требованиям воспроизводства и сохранения экосистем естественных берегов и не нарушает эстетичной ценности береговых ландшафтов. В таких условиях системы берегозащиты не только выступают как абиотические факторы водных и прилегающих к ним береговых экосистем, но и сами формируются в виде биотического фактора - берегового биоценоза. Берегозащитные функции растительности проявляются в гашении энергии волн, течений и потоков наносов, закреплении поверхностного грунта от размыва и развевания. Водная растительность способствует расселению на подводных склонах представителей зообентоса, которые выполняют роль естественного мощения и тем самым защищают отмели от размыва. Посадки растительности на отмелях в качестве биофильтров улучшают качество воды, грунтов и воздуха, а посадка растений на берегах кроме берегозащитной и водоохранной функций создаёт прекрасные рекреационные условия и могут удовлетворять нужды лесного и охотничьего хозяйств.
Выполненные в последнее время исследования гидробиоценозов на берегоукреплениях днепровских водохранилищ показали [17-19], что эти сооружения находятся на этапе «натурализации», т. е. вторичного восстановления структуры естественных ландшафтов. Они все больше осваиваются биотой и становятся неотъемлемой частью функционирующих водных экосистем, содействуют увеличению разнообразия прибрежных ландшафтных комплексов и мелководных биотопов. Конечно, процессы «натурализации» происходят быстрее тогда, когда сооружения уже являются аналогами береговых систем и объединяют инженерные и биологические решения. Это содействует более быстрому прохождению естественных сукцессий, заселению сооружений биотой и, как результат, увеличению эффективности сооружения и закреплению берега.
За последние 10-15 лет в связи с массовым освоением прибрежных территорий на реках Днепр и Десна и на Киевском и Каневском водохранилищах в г. Киеве и Киевской области возникла проблема защиты берегов от затопления, подтопления и размыва. Она породила целый ряд юридических, экологических, градостроительных и технических проблем [14].
Объекты, которые расположены в береговой зоне или близ нее, испытали значительную антропогенную нагрузку, чрезмерно урбанизированы, создают техногенную и экологическую опасность для населения и биоразнообразия. Было установлено [14], что для оздоровления их водных и береговых экосистем, водных, земельных, биологических, селитебных и рекреационных ресурсов необходимо осуществить неотложные радикальные мероприятия: расчистить и утилизировать загрязненные и засоренные донные и береговые грунты, обеспечить надлежащий водообмен и проточность, воссоздать утраченное биоразнообразие. По существу, речь идет о создании новой местной водной экосистемы. Воспроизведение утраченной экосистемы естественным путем практически невозможно. То же нужно сказать и относительно восстановления первоначального (на момент заполнения водохранилища) состояния этих водоемов и островов. Единый, по нашему мнению, реальный путь улучшения их экологического состояния - это моделирование новых водных экосистем, которые были бы максимально приближены к естественным условиям и вместе с тем удовлетворяли бы урбанизационные потребности.
Смоделированные экосистемы отдельных водоемов выступают как биотические факторы и структурные элементы экосистем водохранилищ вообще. Наряду с биологическим креплением и устройством инженерных сооружений - аналогов естественных береговых систем их необходимо учитывать при планировании использования прибрежных территорий в городах. Такие методические приемы оздоровления и ландшафтно-экологического воспроизведения естественных условий с одновременным решением градостроительных задач были применены на озере Выдубицком и Княжьем затоне р. Днепр в г. Киеве [10; 16].
1. Результаты изучения берегов днепровских водохранилищ показали, что процесс их формирования с течением времени существенно не затухает, а проблема защиты берегов остается актуальной. Более того, именно на этапе абразионно-аккумулятивного выравнивания береговой линии процесс стабилизируется и защита берегов может быть строго обоснована как с экологической, так и с экономической точек зрения.
2. Вследствие создания водохранилищ на равнинных реках возникли природно-техногенные экосистемы, которые состоят из собственно водных экосистем и переходных между ними и прилегающей сушей экосистем типа экотонов. Последним территориально соответствуют водоохранные зоны водохранилищ, в пределах которых выделяются береговые (прибрежные) полосы (зоны отвода) - по существу, контактные зоны между сушей и водой, где взаимовлияние последних наиболее заметно. Именно здесь организовываются мероприятия по защите береговых территорий от размыва и затопления, а водных акваторий - от загрязнения и засорения. Системы этих мероприятий называют «инженерной защитой территорий». Из этого следует, что системы берегозащиты вместе с полосами их отвода являются границами (барьерами) между водными экосистемами и береговым экотоном. В статье дана оценка выполненных берегозащит, а также изложены предложения по их усовершенствованию.
3. Береговая зона играет в структуре водных экосистем водохранилищ роль экотона между акваторией и сушей, поэтому управление состоянием берегов играет существенную роль в управлении экологическим состоянием водохранилищ в целом. Наиболее важное значение при этом имеют управление загрязнением водоемов и защита прибрежных территорий.
4. Автохтонное загрязнение вследствие деструкции и накопления органического вещества, размыва островов и ложа, взмучивания донных грунтов и отложений саморегулируется процессами внутриводоемной динамики путем перемещения и трансформации загрязнений. Реальное уменьшение загрязнения воды в экосистеме в целом возможно лишь при ограничении аллохтонного поступления загрязнений, в основном из прилегающих территорий, а для этого опять же необходимы инженерная защита и водоохранное зонирование прибрежных территорий водохранилищ.
5. В связи со сравнительно незначительными глубинами на больших равнинных водохранилищах морфология затопленной речной долины (глубины, уклоны склонов, размеры и строение элементов ложа и берегов) сказывается на гидрологических явлениях и процессах и их параметрах, а соответствующие гидрологические зависимости в условиях водохранилища превращаются в гидролого-морфологические. К ведущим (ключевым) абиотическим факторам, которые влияют на экосистему водохранилища, следует отнести эколого-гидроморфологические факторы: гидродинамику, морфологию берегов и ложа водохранилища и их геологическое строение, геодинамику берегов и ложа. Эти факторы и условия в совокупности с гидрологическими и гидрохимическими факторами определяют состояние среды, в которой функционирует биота водохранилища, и ее структурно-функциональное строение как водной экосистемы.
6. Предложено, обосновано и внедрено на отдельных участках днепровских водохранилищ представление о системах берегозащиты как о сложных целостных техногенных экосистемах в составе береговой зоны водохранилищ. Функционально они должны быть максимально приближенными к естественным береговым экосистемам - берегам-аналогам. Введение в научное употребление понятия «береговая техногенная экосистема» означает переход к моделированию береговых экосистем, способных одновременно выполнять функции защиты берегов, водоохранные и социальные функции. Такие подходы позволяют превратить берега водохранилищ, которые формируются стихийно, в «окультуренные» берега, которые сохраняют стабильность своих элементов, их способность к самозащите и самообновлению в условиях урбанизации и хозяйственного освоения. Устойчивость искусственных береговых экосистем определяется их биоразнообразием и пригодностью к оптимальному управлению.
Защитные свойства насаждений тростника обыкновенного на берегах водоемов
В связи с тем, что строительство крупных равнинных водохранилищ сопровождается поднятием уровней воды, а значит, и местных базисов эрозии, как сопутствующие явления возникают обширные зоны затопления и подтопления земель, формирования берегов и повышения эрозионной активности на склонах. Ареалы распространения этих явлений определяют зону влияния вновь образованного водохранилища на прилегающие к нему территории. С другой стороны, на этих территориях формируется зона влияния суши на водохранилище, в первую очередь, в виде органических и минеральных загрязнений, которые вместе с плоскостным и линейным поверхностным стоком, грунтовыми водами и, в меньшей мере, воздушным выносом поступают в акваторию и загрязняют ее. Прилегающая суша, которая активно влияет на экологическое состояние водного объекта и испытывает существенное влияние водных масс этого объекта, получила название «водоохранная зона» (дальше - ВЗ) [3-6].
Для ограничения и ликвидации вредного воздействия на водоемы в пределах ВЗ проводятся мероприятия по перехвату и ликвидации загрязненных вод, в первую очередь - это соответствующие агролесомелиоративные мероприятия и регламентация хозяйственной деятельности. В результате проведения таких мер ВЗ становится средством охраны вод и сохранения экосистемы водного объекта. Вместе с тем сама территория ВЗ испытает значительное влияние как водных масс водохранилища, так и аккумулированных здесь загрязнений и, таким образом, становится объектом охраны. Такой барьерный переходной и вместе с тем особый статус ВЗ позволяет отнести ее к экотону, т. е. переходной зоне между двумя соседними экосистемами суши и воды [27]. Особенности ВЗ как экотона рассмотрены в других наших роботах [9; 13; 14], здесь же отметим, что зона формирования берегов водохранилища также входит в этот экотоп.
Зона формирования новых берегов водохранилищ после их наполнения охватывает прилегающие к урезу воды склоны террас и коренные склоны затопленной долины реки [3]. Эта зона получила название «береговая зона» (дальше - БЗ). Ведущие факторы формирования БЗ объединяются под названием «береговые процессы», которые включают процессы разрушения существующего рельефа действием волн (абразия), стоковых течений (эрозия), поперек и вдоль береговых ветроволновых течений (размыв, транспорт и аккумуляция наносов). В связи с подрезкой склонов на них возникают водно-гравитационные разрушающие процессы - оползни, обвалы, оссовы, осыпи и т.п. Размытые и обваленные в зону уреза воды породы перемещаются течениями воды в зоны аккумуляции вдоль берега и в сторону ложа, а мелкие частицы пород взвешиваются водой и образовывают взвеси [21; 28].
Масштабы береговых процессов на водохранилищах бывшего СССР можно оценить по данным А.Б. Авакяна [2] и С.Л. Вендрова [1]. Так, в частности, протяжность абразионных берегов на крупных равнинных водохранилищах бывшего СССР (46 штук) достигала 15 тыс. км при общей протяжности береговой линии около 40 тыс.км. Ежегодные объемы разрушения этих берегов составляли по ориентировочным подсчетам 230-270 млн м3 [1].
Основные положения эколого-гидроморфологического анализа берегов водохранилищ
Многолетние исследования автора и анализ публикаций позволили сформулировать следующие основные подходы к эколого-гидроморфологическим исследованиям берегов водохранилищ.
Зона формирования берегов водохранилища (дальше - береговая зона) - это новое образование на урезе воды в водохранилище, которое состоит из надводного и подводного склонов, охваченных береговым процессом (рис.1). В вертикальной плоскости береговой процесс проявляется в обваливании, осыпании, сползании под влиянием водно-гравитационных процессов материалов, которыми сложены надводные склоны, к линии уреза воды, сортировке и следующем перемещении этого материала в сторону ложа по поверхности подводного берегового склона с помощью волновых поперечных течений воды. Основными факторами размыва подводных и надводных склонов берега выступают волны и вызванные их разрушением течения, стоковые течения, геологическое строение и рельеф береговой зоны. Сочетания этих факторов создают комбинации гидро-, reo-, морфо- и литодинамики, которые и определяют тип и направленность развития береговой зоны. Аккумуляция размытого материала частично происходит возле подножия склонов, частично на поверхности отмели и за ее внешним краем (рис.1). Береговая зона является составной частью экосистемы прибрежного экотона водохранилища (ВЗ) как элемент его биотопической структуры.
АВ - побережье; В - вершина берегового уступа; D il)¡) - подошва берегового уступа; BCDF (BCDjF) -надводный береговой склон (берег); CDD[ - обвал (осыпь); ¡)1<1;,1), - пляж (береговой бар или вал); FGHL -подводный береговой склон; FD - зона наката (заплеска) волн; FFfiH - береговая отмель; G - граница абразионной и аккумулятивной частей отмели; GF} - абразионная часть отмели (бенч); (¡ПК - аккумулятивная часть отмели; H - внешний край отмели; HKL - шлейф из прибрежных осадков; LM - дно; УВ - уровень воды; 1 - исходный профиль берега; 2 - потоки наносов; 3 - обвал (осыпь); 4 - пляж; 5 - отмель; 6 - шлейф из осадков;
7 - коренной склон
Вдоль берега (в плане) сразу после заполнения водохранилища начинается абразионное выравнивание береговой линии (линии уреза воды), которое проявляется в размыве волнами и течениями выступов берега (мысов), перемещении размытого материала поперечными течениями в сторону ложа водохранилища, а продольными течениями вдоль берега к бухтам, заливам, препятствиям, где скорость течений гасится, а материалы, которые они переносят, аккумулируются (рис.1). Через 5-10 лет формируются отмели, которые частично гасят энергию волн, при этом возрастает роль вдольбереговых течений воды и наносов. Вдоль линии уреза воды возникают устойчивые во времени места транспорта, размыва и аккумуляции наносов, формируются динамические системы берегов [22], которые состоят из зон: формирования наносов в результате размыва берега - зоны размыва (питания); преобладающего отложения наносов, где транспортирующая способность вдольберегового течения падает - зоны аккумуляции (разгрузки); транспорта наносов, где профиль берега устойчивый и близкий по форме к профилю динамического равновесия - зоны транспорта (рис.2). Динамические системы берегов и составляющие их зоны являются экосистемами более низких порядков в составе прибрежного экотона водохранилища.
Описанные гидро-, морфо- и литодинамика берега характерны для стадии абразионно-аккумулятивного выравнивания (рис.1) береговой линии [3; 21; 22] на берегах, сложенных преимущественно несвязными породами (пески, супески, галька).
1 - участки размыва; 2 - участки аккумуляции; 3 - потоки наносов, толщина стрелки характеризует интенсивность перемещения наносов; 4 - исходная береговая линия
Для берегов, уступы которых сложены связными породами (глинами, суглинками и др.), характерны значительные темпы переработки уступов берегов (10-15 м/год). При недостатке пляжеобразующего песчаного материала аккумулятивные образования проявляются лишь в зачаточном состоянии (углы заполнения, береговые валы, карманные пляжи и т.п.). На этих берегах и на сегодняшний день, несмотря на 50-летний период эксплуатации водохранилищ, преобладают абразионно-эрозионные процессы. Многочисленные попытки защитить эти берега от размыва с помощью каменно-набросных банкетов, которые являются аналогами галечных естественных берегов, успеха не приносят. Необходимо тщательно готовить переходные фракции от камня до глины или суглинка, что сложно осуществить на практике, а иначе каменные банкеты проседают под собственным весом. Кроме этого, такая берегозащита из камня является почти непреодолимым препятствием на пути к воде для людей и животных.
Классическое представление о динамическом равновесии берегов водоемов для всего периметра водохранилищ, созданных на равнинных реках, нам представляется неприемлемым, поскольку здесь, в отличие от озер и внутренних морей, существуют однонаправленные стоковые течения в сторону плотин. Такие течения в комбинации с вдольбереговыми ветро-волновыми течениями приводят к перемещению динамических систем берегов. Равнодействующий вектор таких течений направлен вдоль берега водохранилища, чаще всего - к плотине, поскольку и стоковые течения и ветро-волновые потоки воды и наносов моделируют речные долины и русла материнских рек. Такие явления наблюдаются на Волжско-Камском и Днепровском каскадах, где динамические системы берегов движутся к плотинам ГЭС, формируя косы и пересыпи.
Мониторинговые исследования береговой зоны на участках и створах, которые были начаты после заполнения каждого из водохранилищ, дали возможность проследить историю развития береговой зоны днепровских водохранилищ и уточнить прогнозы формирования берегов на перспективу. Участки и створы мониторинговых наблюдений, как и сами наблюдения за формированием берегов днепровских водохранилищ, были начаты на сети, заложенной еще на стадии проектирования каждого из них. Тогда же в составе проектов были выполнены прогнозы формирования берегов водохранилищ на участках побережья, где находились населенные пункты и важные народнохозяйственные объекты.
Для наблюдений за динамикой берегов и подтоплением земель на волжских водохранилищах была создана Гидрорежимная экспедиция Мингео России, а на днепровских водохранилищах -Гидрогеологическая экспедиция Минводхоза Украины. Наблюдения за берегами днепровских водохранилищ выполнялись на основе утвержденной методики [24] на инженерно-геологической сети сначала в количестве около 1000 створов. Один раз в пять лет уточнялись или разрабатывались новые прогнозы переформирования берегов днепровских водохранилищ по методикам, разработанным Всесоюзным НИИ гидротехники (ВНИИГ) имени Б.Е. Веденеева [23] и Украинским филиалом Центрального НИИ комплексного использования водных ресурсов (ЦНИИКИВР) [25].
На берегах, сложенных связными грунтами, которые формируются под влиянием волн и течений (размокание и размыв грунтов) при дефиците пляжеобразующего песчаного материала, стадии расчленения и выравнивания четко не отделяются одна от другой, а стадия абразионно-аккумулятивного выравнивания наступает лишь тогда, когда в береговую зону начинает поступать достаточное количество пляжеобразующего материала. На остальных типах берегов (эрозионных, нейтральных, аккумулятивных) таких стадий развития не существует вообще. На эрозионных берегах ведущим фактором является деятельность стоковых течений, результатом проявления которых выступают плесы и перекаты. Поскольку эти берега расположены, в основном, в рекообразной области водохранилища [13], где происходит трансформация попусков ГЭС и спрямляются участки русла, то они (берега) находятся на начальной стадии эрозионного размыва.
Группа нейтральных берегов расположена преимущественно в мелководной зоне, где стоковые течения недостаточны для размыва, а ветро-волновые процессы ограничены малыми глубинами, островами и растительностью. Отступание берега и образование береговых уступов здесь носит спорадичный и временный характер, вызванный субтеральными и, в меньшей степени, субаквальными причинами.
По данным наших наблюдений, ширина отмели на песчаных берегах днепровских водохранилищ составляет 50-100 м, максимальные высоты волн на внешнем крае отмели - 2,0-2,5 м, скорости вдольбереговых течений воды достигают 1-2 м/с, а мощность вдольбереговых потоков наносов не превышает 10-15 тыс.м3/год. Протяженность динамических систем берегов на днепровских водохранилищах составляет 1-3 км и зависит как от гидродинамических условий, так и от наличия (процентного содержания) пляжеобразующего материала в составе береговых уступов.
Проведение аналогии с естественными динамическими системами берегов других водных объектов показывает, что гидроморфологические параметры этих систем на крупных равнинных водохранилищах в 2-3 раза меньше таких же показателей на береговых отмелях (литоралях) причерноморских лиманов и на порядок меньше показателей динамических систем берегов Черного и Азовского морей. Тем не менее на побережьях морей и лиманов, несмотря на значительно более продолжительный период формирования береговых экосистем, чем на водохранилищах, в областях размыва (питания) динамических систем продолжается интенсивное разрушение береговых уступов на незащищенных участках.
Протяженность естественных динамических систем берегов разных видов (косы северного побережья Азовского моря, бары Арабатской стрелки и западного побережья Черного моря, Джарилгач-Каркинитская система) составляет десятки километров. Они активно развиваются, гася волны за счет отмелей и перемещая вдольбереговые потоки наносов, которые поддерживают аккумулятивные формы.
По нашему мнению, управление состоянием береговых экосистем на крупных равнинных водохранилищах (прежде всего, их берегозащиту) следует выстраивать с учетом существующих динамических систем берегов и их развития по аналогии с естественными динамическими системами берегов в озерах, на морях и лиманах.
Общей закономерностью динамики берегов днепровских водохранилищ за весь период их эксплуатации является уменьшение периметра за счет абразионного и абразионно-аккумулятивного выравнивания береговой линии. По нашим подсчетам это уменьшение составляет около 30 % (1500 км) от первоначального периметра. За период эксплуатации водохранилищ в 2,0-2,5 раза уменьшилась протяженность размываемых абразионных и эрозионных берегов за счет превращения их в нейтральные, стабилизированные (на участках выхода в зону размыва кристаллических пород) и аккумулятивные берега, а также в связи со строительством берегоукрепительных сооружений.
На стадии абразионно-аккумулятивного выравнивания береговой линии, которая за небольшими исключениями продолжается и по настоящее время, береговые процессы дифференцируются, что приводит к закономерному чередованию участков значительного и незначительного размыва берегов. Средняя интенсивность переработки берегов за последние 10 лет составляет от 0,4 м/год на Днепровском до 1,3 м/год на Кременчугском водохранилище, т.е. темпы переработки уменьшились в 10 раз. Однако в отдельные годы переработка берегов достигает значительных размеров: от 3,1 м/год на Днепровском, до 15,6 м/год на Каховском водохранилище.
Ширина зоны переработки берегов за период эксплуатации водохранилищ составляет в среднем (в зависимости от типа берега) от 25-45 м на Каневском, до 45-105 м на Кременчугском водохранилище, а максимальные величины достигают от 52,8 м на Каневском до 306,9 м на Каховском водохранилище. Наиболее активно размываются берега, сложенные связными породами (глинами, суглинками), которые даже на Каховском и Кременчугском водохранилищах не вышли из стадии абразионного выравнивания.
Эколого-гидроморфологический подход к обоснованию берегозащитных сооружений. По нашему мнению, защитные сооружения водохранилищ должны моделировать естественные берега. Из всего многообразия берегов водоемов в качестве аналогов экосистемам берегозащиты водохранилищ могут служить: береговые клифы из стойких к размыву пород (аналоги для подпорных стенок, банкетов и других сооружений, которые не меняют свою конфигурацию со временем); песчаные и галечные пляжи (для искусственных пляжей из тех же материалов); бухтовые и шхерные берега, пересыпи, стрелки, бары, переймы и т.п. (для активных сооружений, которые могут приспосабливаться к гидроморфологическим особенностям береговой зоны и тем самым управлять береговым процессом).
Характерная особенность изложенного подхода - это представление о системах берегозащиты на водохранилищах как о сложных, но целостных техногенных экосистемах в составе экосистемы береговой зоны водохранилища. Функционально эти техногенные экосистемы должны быть максимально приближенными к естественным береговым экосистемам берегов-аналогов. Предложенное нами понятие «техногенная береговая экосистема» [8; 11] необходимо для моделирования и оптимизации береговых экосистем, способных одновременно выполнять функции защиты берегов, водоохранные и социальные функции.
Эти работы показали, что воспроизведение утраченной вследствие урбанизации водной экосистемы естественным путем практически невозможно. Единственный реальный путь - это моделирование новых водных экосистем, которые были бы максимально приближенными к естественным экосистемам и в то же время удовлетворяли бы урбанизационные нужды. На основе этих предложений обосновано представление об инженерной защите берегов и прибрежных территорий как составной части берегозащитных экосистем, которые входят в прибрежный экотон водохранилища - его ВЗ [8]. Одновременно эти экосистемы играют буферную, водоохранную роль в системе инженерного и биотехнического благоустройства прибрежных территорий.
Таким образом, берегозащитные экосистемы - это не только средство борьбы с вредным действием вод (охрана берегов) и с загрязнением водных объектов (водоохрана), но и основа архитектурно-планировочных решений на прибрежных территориях, направленных, кроме всего прочего, на сохранение и приумножение биоразнообразия.
Разные системы берегозащиты (их экологические особенности, вопросы оптимизации и моделирования этих экосистем с целью сохранения биоразнообразия и управления береговыми процессами и т.п.) были рассмотрены раньше в ряде других наших работ [8; 11 и др.].
Эколого-гидроморфологический анализ берегозащитных работ, выполненных в 1988-2012 гг. На представлениях о динамических системах берегов днепровских водохранилищ, о целесообразности строительства берегозащитных сооружений на стадии абразионно-аккумулятивного выравнивания береговой линии и о формировании берегозащитных сооружений в виде аналогов естественных берегов были разработаны подходы к обоснованию берегозащитных сооружений на ряде объектов днепровских водохранилищ. Эти работы были выполнены на основе мониторинговых исследований их берегов.
Предлагаемое внедрение в научную практику понятия «техногенная береговая экосистема» означает переход от систем защиты берегов (сооружения и мероприятия) к моделированию береговых экосистем, способных одновременно выполнять функции защиты берегов, водоохранные и социальные функции.
Создание техногенных систем берегозащиты в виде берегов-аналогов позволяет превращать неустойчивые естественные берега в статически или динамично устойчивые с заданными наперед с помощью аналогии свойствами. Сооружения-аналоги обеспечивают состояние равновесия в прилегающей к ним части береговой зоны, поскольку минимизируют нарушение естественного развития берега и обеспечивают управление береговым процессом и развитием береговой зоны. Берегозащитные сооружения при этом не только гасят волны или течения воды, которые размывают берег,но и направляют их энергию на формирование устойчивых берегов.
На днепровских водохранилищах используются [7; 29] такие традиционные, хорошо разработанные в научно-техническом плане виды берегоукреплений, как искусственные пляжи (примывы), подпорные бетонные стенки и укосы, каменно-набросные банкеты, буны и различные комбинированные и нетрадиционные методы.
Около 55 % протяженности защиты берегов выполнены каменно-набросными банкетами и их модификациями. Эти же банкеты часто являются основной составляющей частью комбинированных защит и наиболее распространены там, где нет песчаных грунтов (Каховское водохранилище), или же там, где есть выходы кристаллических пород в береговой зоне (Днепровское и Днепродзержинское водохранилища). На остальных водохранилищах больше распространены искусственные пляжи (примывы), поскольку здесь есть залежи песка. Буны, бетонные стенки и укосы встречаются сравнительно редко, в основном в населенных пунктах и на хозяйственных объектах. Большинство берегоукреплений разрушается из-за проектных просчетов и недостатков строительства и эксплуатации.
Как показывает опыт, наиболее экологически значимыми, т. е. близкими к естественным берегам-аналогам, оказались искусственные пляжи и примывы, которые естественно вписываются в окружающую среду и могут использоваться для рекреационных целей [8; 11]. В населенных пунктах искусственные пляжи в комбинации с бунами, подпорными стенками имеют большие перспективы, особенно при условии дополнения этих сооружений водоохранным инженерным и биотехническим благоустройством и обеспечением социальных функций.
Каменные банкеты и наброски ограничивают доступ населения и животных к воде, вызывают застойные явления и накопление мусора в приурезовой зоне, т. е. приобретают негативное социальное и экологическое значение. Они сложны и дороги в строительстве и эксплуатации и потому их использование на водохранилищах требует надлежащего обоснования и оптимизации, в первую очередь, с точки зрения повышения их экологической безопасности и улучшения социальных функций.
Если сооружение искусственного пляжа невозможно в связи с отсутствием песка, целесообразно заменить каменно-набросной банкет на буны, шпоры, прерывистое крепление или другое сооружение, которое обеспечивает свободный доступ к воде. Межбунное пространство целесообразно заполнять привозным или намытым песчаным грунтом. Для закрепления откосов берега между бунами или блокирующими элементами (при прерывистом креплении) хорошо зарекомендовали себя биологические методы (посадки вербы, лозы, камыша, тростника и пр.). В условиях, когда основным движущим фактором гидродинамики берега являются течения, буны выступают вообще как наиболее эффективные, в том числе и с экологической точки зрения, берегоукрепительные сооружения.
Предложения по эколого-гидроморфологическому обоснованию берегозащитных сооружений на водохранилищах. Учитывая вышеизложенное, при участии автора статьи была пересмотрена и уточнена программа мероприятий по закреплению берегов днепровских водохранилищ [29]: уменьшена до 100 км протяжность рекомендованных к защите берегов; сделан существенный упор на защиту окружающей среды (лесов, плодородных земель, памятников природы, исторических и естественных заповедников), населенных пунктов и хозяйственных объектов. Эти предложения были использованы при подготовке Общегосударственной программы развития водного хозяйства Украины (2002 г.) и последующих ее уточнениях.
Как показывает изучение экологического состояния прибрежных земель и акваторий рек Десна, Днепр и днепровских водохранилищ, необходимо дополнительно включить в защитные мероприятия участки берегов, на которых значительно загрязнены почвы и прибрежные воды. Вследствие защиты лесов и ценных земель сохранятся не только ресурсы, но и важные экологические элементы. Все эти меры также будут содействовать охране вод от загрязнения и засорения. Особую роль при этом играют песчаные пляжи (примывы), поскольку они очищают путем фильтрации через песок загрязненную воду, которая поступает из берегов или из акватории на пляжные песчаные откосы. Фильтрационные свойства песка улучшают очистку воды по сравнению с ее самоочисткой в 5-10 раз [21; 28], что подтверждает значительную санитарно-гигиеническую роль песчаных пляжей.
По результатам стационарного мониторинга состояния и динамики береговой зоны в районе потенциальных участков защиты берегов были определены или рассчитаны гидроморфологические показатели береговых процессов и их ключевых факторов: волн, течений, нагонов, уровней воды, береговых уступов, отмелей, наносов. На их основе были построены модели береговой системы для каждого участка и определены необходимые объемы песчаного материала, достаточного для функционирования береговой системы в состоянии динамического равновесия. При этом учитывалась возможность вынесения песка за пределы участки защиты.
Берегозащитные сооружения и водоохранные меры планировалось проводить на всю динамическую систему берега, которая и была объектом защиты. Но на первом этапе в тело пляжа закладывался песчаный материал в объеме, достаточном для 12-летней безаварийной работы. Дополнительный песчаный материал планировалось разместить на втором этапе строительства лишь в зонах размыва и в случае обоснованной необходимости. В отдельных случаях для регулирования потоков наносов были запроектированы буны.
Биологическое крепление посадками специальных видов растительности: наземной - возле береговых уступов и воздушно-водной - на отмели превращало динамическую систему берега в береговую экосистему со специфическими надводными и подводными биотопами и биоценозами.
В естественных условиях нарушенная экосистема, в данном случае береговая экосистема на водохранилище, проходит определенные стадии (фазы, этапы) развития к достижению состояния уравновешенной, саморегулируемой системы. Такие же параметры расчетным путем мы задаем модели береговой экосистемы - участку защиты берега, которая на стадии динамического равновесия должна стать саморегулируемой системой. Достигается это колебаниями наклона береговой отмели соответственно волновым нагрузкам, а также знакопеременными миграциями вдоль и поперек берега течений воды и потоков наносов.
Такие же типы береговых экосистем в виде берегов-аналогов на стадии динамического равновесия, но с каменно-гравийных и других местных грунтов в те же годы были смоделированы на отдельных участках Кременчугского и Днепродзержинского водохранилищ (города Градижск и Днепродзержинск, села Максимовка, Нед огарки, Пронозовка и др.). Эти сооружения, как правило, выполнены «пионерным» способом, когда с помощью каменно-набросного банкета отсекается часть акватории, которая засыпается местным грунтом с последующим биологическим закреплением надводной и подводной частей сооружения.
В Научно-производственном центре Днепровского БУВР был разработан и внедрен метод защиты берега водохранилища на территории населенных пунктов в тех местах, где берег сложен суглинисто-супесчаными грунтами и имеется вдольбереговой поток наносов [7]. В этом случае пляж создается как зона рекреации за счет порционной подсыпки песчаного материала на участках питания потока наносов. Такое строительство рекомендуется выполнять средствами «малой гидротехники», когда строительный материал малыми порциями подается в береговую зону на протяжении продолжительного времени. Постоянное поддержание такого рекреационного пляжа в состоянии динамического равновесия дополняется биологическим закреплением надводной и подводной частей. Искусственно созданные рекреационные пляжи успешно функционируют в городах Канев, Черкассы, Днепродзержинск и других и используются под городскую застройку, а в прибрежной части - под рекреацию.
Применение для защиты берегов водохранилищ местных грунтов (песка, камня, гальки) в комбинации с биологическим закреплением (деревья, кусты, травы) наиболее полно отвечает требованиям воспроизводства и сохранения экосистем естественных берегов и не нарушает эстетичной ценности береговых ландшафтов. В таких условиях системы берегозащиты не только выступают как абиотические факторы водных и прилегающих к ним береговых экосистем, но и сами формируются в виде биотического фактора - берегового биоценоза. Берегозащитные функции растительности проявляются в гашении энергии волн, течений и потоков наносов, закреплении поверхностного грунта от размыва и развевания. Водная растительность способствует расселению на подводных склонах представителей зообентоса, которые выполняют роль естественного мощения и тем самым защищают отмели от размыва. Посадки растительности на отмелях в качестве биофильтров улучшают качество воды, грунтов и воздуха, а посадка растений на берегах кроме берегозащитной и водоохранной функций создаёт прекрасные рекреационные условия и могут удовлетворять нужды лесного и охотничьего хозяйств.
Выполненные в последнее время исследования гидробиоценозов на берегоукреплениях днепровских водохранилищ показали [17-19], что эти сооружения находятся на этапе «натурализации», т. е. вторичного восстановления структуры естественных ландшафтов. Они все больше осваиваются биотой и становятся неотъемлемой частью функционирующих водных экосистем, содействуют увеличению разнообразия прибрежных ландшафтных комплексов и мелководных биотопов. Конечно, процессы «натурализации» происходят быстрее тогда, когда сооружения уже являются аналогами береговых систем и объединяют инженерные и биологические решения. Это содействует более быстрому прохождению естественных сукцессий, заселению сооружений биотой и, как результат, увеличению эффективности сооружения и закреплению берега.
За последние 10-15 лет в связи с массовым освоением прибрежных территорий на реках Днепр и Десна и на Киевском и Каневском водохранилищах в г. Киеве и Киевской области возникла проблема защиты берегов от затопления, подтопления и размыва. Она породила целый ряд юридических, экологических, градостроительных и технических проблем [14].
Объекты, которые расположены в береговой зоне или близ нее, испытали значительную антропогенную нагрузку, чрезмерно урбанизированы, создают техногенную и экологическую опасность для населения и биоразнообразия. Было установлено [14], что для оздоровления их водных и береговых экосистем, водных, земельных, биологических, селитебных и рекреационных ресурсов необходимо осуществить неотложные радикальные мероприятия: расчистить и утилизировать загрязненные и засоренные донные и береговые грунты, обеспечить надлежащий водообмен и проточность, воссоздать утраченное биоразнообразие. По существу, речь идет о создании новой местной водной экосистемы. Воспроизведение утраченной экосистемы естественным путем практически невозможно. То же нужно сказать и относительно восстановления первоначального (на момент заполнения водохранилища) состояния этих водоемов и островов. Единый, по нашему мнению, реальный путь улучшения их экологического состояния - это моделирование новых водных экосистем, которые были бы максимально приближены к естественным условиям и вместе с тем удовлетворяли бы урбанизационные потребности.
Смоделированные экосистемы отдельных водоемов выступают как биотические факторы и структурные элементы экосистем водохранилищ вообще. Наряду с биологическим креплением и устройством инженерных сооружений - аналогов естественных береговых систем их необходимо учитывать при планировании использования прибрежных территорий в городах. Такие методические приемы оздоровления и ландшафтно-экологического воспроизведения естественных условий с одновременным решением градостроительных задач были применены на озере Выдубицком и Княжьем затоне р. Днепр в г. Киеве [10; 16].
1. Результаты изучения берегов днепровских водохранилищ показали, что процесс их формирования с течением времени существенно не затухает, а проблема защиты берегов остается актуальной. Более того, именно на этапе абразионно-аккумулятивного выравнивания береговой линии процесс стабилизируется и защита берегов может быть строго обоснована как с экологической, так и с экономической точек зрения.
2. Вследствие создания водохранилищ на равнинных реках возникли природно-техногенные экосистемы, которые состоят из собственно водных экосистем и переходных между ними и прилегающей сушей экосистем типа экотонов. Последним территориально соответствуют водоохранные зоны водохранилищ, в пределах которых выделяются береговые (прибрежные) полосы (зоны отвода) - по существу, контактные зоны между сушей и водой, где взаимовлияние последних наиболее заметно. Именно здесь организовываются мероприятия по защите береговых территорий от размыва и затопления, а водных акваторий - от загрязнения и засорения. Системы этих мероприятий называют «инженерной защитой территорий». Из этого следует, что системы берегозащиты вместе с полосами их отвода являются границами (барьерами) между водными экосистемами и береговым экотоном. В статье дана оценка выполненных берегозащит, а также изложены предложения по их усовершенствованию.
3. Береговая зона играет в структуре водных экосистем водохранилищ роль экотона между акваторией и сушей, поэтому управление состоянием берегов играет существенную роль в управлении экологическим состоянием водохранилищ в целом. Наиболее важное значение при этом имеют управление загрязнением водоемов и защита прибрежных территорий.
4. Автохтонное загрязнение вследствие деструкции и накопления органического вещества, размыва островов и ложа, взмучивания донных грунтов и отложений саморегулируется процессами внутриводоемной динамики путем перемещения и трансформации загрязнений. Реальное уменьшение загрязнения воды в экосистеме в целом возможно лишь при ограничении аллохтонного поступления загрязнений, в основном из прилегающих территорий, а для этого опять же необходимы инженерная защита и водоохранное зонирование прибрежных территорий водохранилищ.
5. В связи со сравнительно незначительными глубинами на больших равнинных водохранилищах морфология затопленной речной долины (глубины, уклоны склонов, размеры и строение элементов ложа и берегов) сказывается на гидрологических явлениях и процессах и их параметрах, а соответствующие гидрологические зависимости в условиях водохранилища превращаются в гидролого-морфологические. К ведущим (ключевым) абиотическим факторам, которые влияют на экосистему водохранилища, следует отнести эколого-гидроморфологические факторы: гидродинамику, морфологию берегов и ложа водохранилища и их геологическое строение, геодинамику берегов и ложа. Эти факторы и условия в совокупности с гидрологическими и гидрохимическими факторами определяют состояние среды, в которой функционирует биота водохранилища, и ее структурно-функциональное строение как водной экосистемы.
6. Предложено, обосновано и внедрено на отдельных участках днепровских водохранилищ представление о системах берегозащиты как о сложных целостных техногенных экосистемах в составе береговой зоны водохранилищ. Функционально они должны быть максимально приближенными к естественным береговым экосистемам - берегам-аналогам. Введение в научное употребление понятия «береговая техногенная экосистема» означает переход к моделированию береговых экосистем, способных одновременно выполнять функции защиты берегов, водоохранные и социальные функции. Такие подходы позволяют превратить берега водохранилищ, которые формируются стихийно, в «окультуренные» берега, которые сохраняют стабильность своих элементов, их способность к самозащите и самообновлению в условиях урбанизации и хозяйственного освоения. Устойчивость искусственных береговых экосистем определяется их биоразнообразием и пригодностью к оптимальному управлению.
Проблемы экологического здоровья водохранилищ
Закрепление слабых берегов малых рек, оврагов и балок
Пути оздоровления экологической обстановки в бассейне р. Дон
Защитные свойства насаждений тростника обыкновенного на берегах водоемов
Анализ влияния крупных водохранилиц на окружающую природную среду
Анализ влияния крупных водохранилиц на окружающую природную среду
При проектировании, строительстве и эксплуатации водохранилище должно рассматриваться как склад воды или объект, существенно изменяющий исходное качество речной воды (улучшая или ухудшая ее показания); как акватория, используемая водным транспортом, лесосплавом, рыбным хозяйством, в целях рекреации; как объект, позволяющий в ряде районов значительно увеличить использование земельных ресурсов за счет ирригации, борьбы с наводнениями, территориального перераспределения стока; как объект, вносящий заметные изменения в природу и хозяйство речных долин, дельт, озер. В связи с этим понятно, насколько велико значение проблемы правильной оценки качественных изменений речного стока, взаимосвязанных природных и антропогенных явлений, обусловленных эксплуатацией водных ресурсов [2].
Проблемы, связанные с проектированием, строительством и эксплуатацией крупных гидротехнических сооружений, можно разделить на первичные, предвиденные на стадии проектирования, и вторичные, возникающие как следствие возведения гидросооружений и водохранилищ. Кроме того, возникают и научно-технические проблемы.
Из первичных проблем выделим основные:
- выбор генеральной схемы использования водных ресурсов;
- обоснование оптимальных параметров гидроузлов и водохранилищ;
- мониторинг водных, земельных и лесных ресурсов в зоне строительства гидроузла;
- эколого-экономическое обоснование подготовки ложа водохранилища под затопление;
- инженерная защита от затопления и подтопления городов, населенных пунктов, отдельных предприятий;
- восстановление на новом месте сельскохозяйственных угодий вместо затопленных водохранилищем;
- рыбохозяйственное освоение водоема, строительство рыбоходов, восстановление естественного воспроизводства рыб;
- транспортное освоение водохранилища: увеличение глубин, устройство убежищ для судов и плотов при штормах; создание новой судовой обстановки, строительство пристаней; перевалка грузов через плотины;
- санитарная подготовка ложа перед затоплением (дезинфекция населенных пунктов, кладбищ, скотомогильников, ликвидация различных вредных загрязнений);
- агролесомелиоративные гидротехнические мероприятия по предотвращению водной и ветровой эрозии в зоне водохранилищ;
- лесосводка и лесоочистка ложа перед затоплением и посадка лесных насаждений на новом месте.
Более сложны и взаимосвязанны вторичные проблемы, последствия которых проявляются через многие годы после завершения строительства. Их во многих случаях трудно предсказать с достаточной научной обоснованностью. И многие из этих проблем так и остаются неразрешимыми в обозримом будущем.
Вторичные проблемы можно подразделить на экологические и социальные. Основные экологические проблемы следующие [1; 3]:
- эрозия береговой линии водохранилищ, переформирование берегов, дна, устьевых участков рек, впадающих в водохранилища, формирование баров;
- появление на акватории водохранилищ запасов плавающей древесины вследствие береговой эрозии;
- изменение уровня грунтовых вод;
- изменение температурного режима водной массы и окружающей среды, приводящее к повышению влажности, появлению интенсивных и продолжительных по времени туманов;
- дополнительные потери воды на испарение;
- изменение качественного состава воды в водохранилище;
- радикальные изменения растительного и животного мира;
- нарушения условий нереста рыбы;
- опасность провокации колебания земной коры в связи с сооружением крупных плотин и водохранилищ.
Суммируя перечень первичных и вторичных проблем, можно выделить основные последствия регулирования стока рек гидроузлами, оказывающие положительное или отрицательное влияние на хозяйственную деятельность и окружающую природу:
- изъятие земель под водохранилище и строительные площадки для возведения основных сооружений гидроузла, создания стройбазы и переустройства объектов хозяйства и выноса из зоны затопления, а также в связи с берегопереработкой и подтоплением территории выше критического уровня;
- ухудшение мелиоративного состояния земель в связи с их подтоплением водохранилищами;
- увеличение продолжительности затопления земель в верхнем бьефе гидроузлов, особенно в хвостовой части водохранилищ в связи с подпором стока реки;
- сокращение частоты (вероятности) и продолжительности затопления пойменных земель в период весеннего
половодья на участке, расположенном в нижнем бьефе гидроузла;
- создание условий для самотечного орошения при заборе воды из водохранилища;
- повышение зимних уровней реки в нижних бьефах ГЭС, вызывающих затопление и подтопление приречных территорий и образование на них наледи;
- изменение условий судоходства и отстоя судов в межнавигационный период;
- изменение технологий лесосплава на зарегулированных реках;
- затопление лесопокрытых территорий;
- изменение условий эксплуатации жилищных, коммунально-бытовых, промышленных предприятий, водозаборных сооружений, выпусков сточных вод и других объектов вследствие повышения или снижения расходов и уровней воды в верхнем и нижнем бьефе гидроузлов;
- ухудшение условий миграции и воспроизводства проходных и полупроходных рыб, сокращение площади естественных нерестилищ;
- изменение санитарного состояния реки, физико-химических и медико-биологических свойств воды;
- изменение климатических и ландшафтных условий;
- недостаточно глубокая проработка проблем и отступление от обоснованных проектных решений в период строительства и эксплуатации, зачастую приводящие не только к огромным материальным убыткам, но и к необратимым экологическим последствиям.
Прежде всего отметим абразию берегов и ложа. Берега водохранилищ находятся под воздействием ветровых волн, движущихся вдоль берега течений, колебания уровня воды, воздействия ледяного поля. Наибольшую опасность для берегов водохранилищ представляют волновые нагрузки и береговые течения. Здесь переработка берегов идет наиболее интенсивно в первые годы эксплуатации - от 5 до 10 лет, а для стабилизации берега требуется срок от 20 до 30 лет.
Скорость отступления берегов составляет десятки и сотни метров в год. Так, на Братском водохранилище берег с 1962 по 1967 гг. отступил на 759 м.
Переработка берегов - в значительной мере процесс дискретный: на наиболее активное разрушение происходит во время штормов. Это говорит о том, что именно волнение является основной причиной абразии берегов водохранилищ. Перемещение и переотложение продуктов происходит под воздействием волнения и вдоль береговых, генерируемых волнением течений.
На водохранилищах абразионные и аккумулятивные берега весьма динамичны и изменчивы, так как процесс их формирования происходит при частом изменении уровня, иногда весьма значительном: на некоторых равнинных водохранилищах уровень при сработке меняется до 8 м и более. Такой уровневый режим усиливает абразию берегов и их протяженность, которая на некоторых водохранилищах достигает от 50 до 70 % и более от общей длины.
Причиной береговой эрозии служат колебания уровня воды в водохранилище, волновое воздействие на берега.
На береговую эрозию большое влияние также оказывают ледяные поля.
Подъем уровня грунтовых вод после затопления водохранилища вызывает такие отрицательные последствия, как заболачивание и засоление почвы в лесостепной и степной зонах, ухудшение санитарного состояния местности.
Влияние подъема уровня грунтовых вод на прилегающей к водохранилищу территории выявляется реакцией древесного яруса, т. е. изменением текущего периодического прироста по диаметру, высоте и объему за период до и после образования водохранилища. Отрицательное влияние подтопления в сильной степени прослеживается обычно до высоты 1,0 м над НПУ, в умеренной и слабой степени - до высоты 3,0 м.
Потери воды за счет разности испарения с водной поверхности водохранилища и с той же поверхности до затопления составляют 4 % от объема, т. е. огромные объемы водохранилищ служат не столько источником аккумулирования пресной воды, сколько дополнительным источником потерь воды.
3.Водохранилища ГЭС представляют собой важную часть рыбохозяйственного фонда внутренних водоемов страны. Улов рыбы в водохранилищах, как правило, превышает вылов местной рыбы, оставшейся в речных условиях до гидростроительства. Однако улов рыбы в подавляющем большинстве водохранилищ оказывается более низким, чем предполагали рыбохозяйственные прогнозы.
Таким образом, проблема эффективной эксплуатации крупных водохранилищ требует детальных знаний об особенностях функционирования их экосистем.
Под процедурой оценки антропогенного воздействия на планктонное сообщество понимается измерение количественных показателей функционирования биоценоза на данном участке в естественном состоянии и сравнение их с теми же показателями, но полученными уже после зарегулирования стока.
Традиционный подход к исследованию особенностей функционирования конкретной экосистемы, основанный на лабораторном анализе проб воды, уступает предложенной авторами данной статьи альтернативе по ряду показателей: во-первых, был не только охвачен вегетационный период, но и приведена полная месячная динамика по всему годовому циклу; во-вторых, был сведен к минимуму субъективный фактор за счет привязки результатов оценки к устойчивым законам функционирования экосистемы.
Проблемы экологического здоровья водохранилищ
Закрепление слабых берегов малых рек, оврагов и балок
Пути оздоровления экологической обстановки в бассейне р. Дон
Защитные свойства насаждений тростника обыкновенного на берегах водоемов
пятница, 2 сентября 2016 г.
Защитные свойства насаждений тростника обыкновенного на берегах водоемов
Защитные свойства насаждений тростника обыкновенного на берегах водоемов Нижнего Поволжья
Абразионная переработка берегов - актуальная проблема для
крупных водохранилищ Нижнего Поволжья и других регионов России. Только в
береговой зоне Волгоградского водохранилища вследствие этого процесса
ежегодно теряется около 3 км2 земель. Существующие методы защиты
берегов связаны с созданием бетонных конструкций, имеющих высокое
сопротивление размыву. Они чрезвычайно дороги и в большинстве случаев
не доступны бюджетам сельских муниципальных образований, страдающих от
абразии.
Предлагается дешевый и экологичный метод защиты берегов крупных водохранилищ от абразии.
В основе метода лежит создание на
отмели водохранилища полосы насаждений тростника обыкновенного.
Изложены биологические особенности тростника обыкновенного как основного
компонента берегоукрепительных сооружений. Разработаны сроки и этапы
проведения работ применительно к условиям Волгоградского водохранилища.
Основным результатом применения нашей методики является полное прекращение абразионной переработки берега на
соответствующем участке. Дан обзор положительных качеств тростниковых
насаждений, их биоценотическая, барьерная и водозащитная роль в
прибрежных экосистемах. Применение изложенного метода позволит сохранить для народного хозяйства десятки гектаров ценнейших прибрежных земель ежегодно, в частности, орошаемой пашни, земель
населенных пунктов, объектов инфраструктуры. Кроме непосредственной
выгоды, связанной с сохранением земельных ресурсов, снизится
интенсивность неблагоприятных процессов, связанных с размывом берегов -
заполнения чаши водохранилища наносами (заиления), ухудшения санитарных
качеств воды. Ввиду широчайшей географической распространенности
тростника описанная в настоящей работе технология укрепления берегов
может быть применена практически на всех равнинных водохранилищах
России.
С начала заполнения Волгоградского водохранилища прошло 56 лет. Все эти годы на его берегах активно развиваются абразионные процессы. Хотя переформирование берегов - процесс, затухающий во времени, до сих пор он протекает весьма интенсивно. Размыв берегов большей или меньшей степени угрожает десяткам населенных пунктов на берегах водохранилища. Не останавливаясь подробно на других негативных следствиях абразии, можно сказать, что защита берегов является актуальной хозяйственной и экологической проблемой. Существующие методы защиты берегов связаны с созданием бетонных конструкций, имеющих высокое сопротивление размыву. Они чрезвычайно дороги и в большинстве случаев не доступны бюджетам сельских муниципальных образований, страдающих от абразии. Таким образом, пока укреплено менее 1 % береговой линии Волгоградского водохранилища. Нами предлагается дешевый, экологичный и эффективный способ создания берегозащитных сооружений, основанный на использовании естественной околоводной растительности. Наши многочисленные наблюдения за ходом процессов на берегах показывают, что плотные группы растений, если им удается закрепиться на отмели, сводят к нулю процесс абразии. Метод разработан для геолого-геоморфологических условий левого берега водохранилища, сложенного плотными глинистыми четвертичными отложениями.
Южнее устья Ерусланского залива по левому берегу водохранилища абрадируется глинистая хвалынская морская равнина. Темпы абразионной переработки берегов здесь до настоящего времени высоки. Отступление бровки берега на разных участках составляет 2-5 м в год. До 3 км2 ценных прибрежных земель теряется ежегодно на Волгоградском водохранилище (преимущественно на левобережье) вследствие размыва [11]. Вдоль берега выработана абразионная отмель шириной до 200 м и более. Аккумулятивные продукты в подводной части отмели представлены песком, который заполняет вертикальные трещины выветривания в хвалынских глинах. Поверхность подводной отмели обычно лишена аккумулятивных накоплений. На поверхности надводной отмели (бенча) аккумулятивный песчаный слой очень маломощный, прерывистый. Песок, глиняная галька и растительный мусор едва прикрывают поверхность плотных морских (хвалынских) глин. На таком субстрате не может расти ни одно растение.
С начала заполнения Волгоградского водохранилища прошло 56 лет. Все эти годы на его берегах активно развиваются абразионные процессы. Хотя переформирование берегов - процесс, затухающий во времени, до сих пор он протекает весьма интенсивно. Размыв берегов большей или меньшей степени угрожает десяткам населенных пунктов на берегах водохранилища. Не останавливаясь подробно на других негативных следствиях абразии, можно сказать, что защита берегов является актуальной хозяйственной и экологической проблемой. Существующие методы защиты берегов связаны с созданием бетонных конструкций, имеющих высокое сопротивление размыву. Они чрезвычайно дороги и в большинстве случаев не доступны бюджетам сельских муниципальных образований, страдающих от абразии. Таким образом, пока укреплено менее 1 % береговой линии Волгоградского водохранилища. Нами предлагается дешевый, экологичный и эффективный способ создания берегозащитных сооружений, основанный на использовании естественной околоводной растительности. Наши многочисленные наблюдения за ходом процессов на берегах показывают, что плотные группы растений, если им удается закрепиться на отмели, сводят к нулю процесс абразии. Метод разработан для геолого-геоморфологических условий левого берега водохранилища, сложенного плотными глинистыми четвертичными отложениями.
Южнее устья Ерусланского залива по левому берегу водохранилища абрадируется глинистая хвалынская морская равнина. Темпы абразионной переработки берегов здесь до настоящего времени высоки. Отступление бровки берега на разных участках составляет 2-5 м в год. До 3 км2 ценных прибрежных земель теряется ежегодно на Волгоградском водохранилище (преимущественно на левобережье) вследствие размыва [11]. Вдоль берега выработана абразионная отмель шириной до 200 м и более. Аккумулятивные продукты в подводной части отмели представлены песком, который заполняет вертикальные трещины выветривания в хвалынских глинах. Поверхность подводной отмели обычно лишена аккумулятивных накоплений. На поверхности надводной отмели (бенча) аккумулятивный песчаный слой очень маломощный, прерывистый. Песок, глиняная галька и растительный мусор едва прикрывают поверхность плотных морских (хвалынских) глин. На таком субстрате не может расти ни одно растение.
Методика создания берегозащитных насаждений
Методика создания волногасящих насаждений начала разрабатываться под
руководством Ю.П. Бялловича на Каховском водохранилище еще в 1957 году.
В дальнейшем результаты наблюдений за волногасящими насаждениями и
методика их создания неоднократно публиковались ([1] и др.), однако не
нашли широкого применения несмотря на все свои положительные качества
(простота, дешевизна, экологическая чистота, эффективность). Интересно,
что хотя инженерные гидрологические расчеты действительно показывают
невозможность существования прибрежной растительности при высоте волн
более 60 см [2], растительность эта существует и при больших высотах
волн (1,5-2 м) и успешно защищает берега [1]. П.Ф. Химиным [ 16] проводились опыты по выращиванию волногасящих насаждений
на отмелях Цимлянского водохранилища. Работы проводились на территории
Калачевского и Нижнечирского мехлесхозов в 1964-1970 годах. Во всех
случаях речь шла о насаждениях кустарниковых ив. Нами изучена роль
зарослей тростника Phragmites communis как фактора переработки берегов
Волгоградского водохранилища [13].
Тростник обыкновенный - характернейшее растение берегов водоемов. Распространен на всей территории России и зарубежной Европы, кроме Арктики. Растет как в прибрежной зоне водоемов, до глубины 1,5 м, так и в наземных условиях, при неглубоком залегании грунтовых вод. Стебель с многочисленными узлами, до 5 м высотой. Корневище очень ветвистое. Лист ланцетно-линейный или линейный, 5-25 мм шириной, плоский. Метелка крупная, до 30 см длиной. Колоски 6-17 мм длиной, 3-7 - цветковые, темно-фиолетовые; колосковые чешуи ланцетные, нижняя 2,55 мм длиной, верхняя 3-9 мм длиной. Нижняя цветковая чешуя кожисто-перепончатая, с шиловидным острием, превышающим длину чешуи. Цветет в июле-августе, плодоносит в августе-сентябре, не ежегодно. В одном соцветии образуется до 50-100 тыс. зерновок. Минимальная температура прорастания 8-10 °С, оптимальная температура прорастания 20 °С. Прорастание идет на свету, с поверхности почвы или с глубины не более 0,5-1,0 сантиметров. Семена жизнеспособны один год. Очень активно размножается корневищами. Типичный пирофит, прекрасно восстанавливается после выжигания сухих побегов [17, с. 606].
Предлагаемый нами метод укрепления размываемых берегов заключается в создании условий для произрастания тростника и рогоза на абразионной отмели. Как уже говорилось, препятствием для произрастания этих видов на отмели в настоящее время является исключительная плотность грунта и отсутствие рыхлых наносов. Ветровые волны не являются лимитирующим фактором распространения тростника. В качестве примера можно привести побережья Северного Прикаспия, сплошь поросшие тростником. Ширина тростниковых крепей достигает нескольких километров. Внешний край этих зарослей подвергается активному воздействию ветровых волн. Высота волн в северной мелководной части Каспийского моря достигает 2 м при длине волны 10 метров [3, с. 541]. Это сопоставимо с характеристиками волн крупных водохранилищ. На Волгоградском водохранилище повторяемость волн высотой более 2 м на самых широких участках (Ерусланский створ) составляет 0,57 %, на остальной акватории их повторяемость измеряется сотыми долями процента [15].
Создание берегоукрепительного насаждения начинается с выпахивания вдоль уреза воды борозд глубиной 30-40 сантиметров. Ширина зоны пропашки должна составлять не менее 5 метров. Она не будет препятствовать размыву берега, абразия будет по-прежнему интенсивной, и рыхлый материал очень быстро заполнит борозду. Этот материал и послужит субстратом для околоводной растительности. Результаты этих мероприятий - прекращение абразии - будут очевидны уже в первый сезон. Указанные земляные работы можно выполнять любым гусеничным трактором, необходимо лишь подобрать прицепные устройства, подходящие для плотного грунта. Бенч сложен плотным грунтом и позволит работать трактору с механизмом. Пологие спуски на отмель можно с минимальными затратами оборудовать в устьевых частях заливов. График проведения работ должен быть увязан с режимом уровней водохранилища. На Волгоградском водохранилище земляные работы удобнее всего проводить в первой декаде мая, при низком уровне воды в водохранилище. В течение летних месяцев «защитное сооружение» успеет сформироваться. Специальных мероприятий по посадке тростника проводить не нужно, так как в воде водохранилища содержится огромное количество семян. Водой переносятся также обрывки корневищ, которые легко укореняются. Дополнительной защитой берегов служат естественные заросли рдеста пронзеннолистного Potamogeton, которые почти сплошной полосой тянутся по мелководьям водохранилища, в интервале глубин 0,5-2 метров. Эти густые заросли, безусловно, служат препятствием для волн и уменьшают подвижность воды у берегов.
При посадке необходимо учитывать биологические особенности тростника обыкновенного. В начальной фазе развития его побеги плохо переносят подъем уровня воды более чем на 0,5 м выше верхней точки роста [1]. Поэтому работы по созданию берегоукрепительных насаждений следует проводить в строго определенные сроки, сообразно с уровенным режимом водохранилища. В первых числах мая проводится пропашка борозд вдоль береговой линии. При последующем кратковременном подъеме уровня воды борозда заполняется рыхлым субстратом и в нем начинается развитие корневищ и побегов. В первой половине июня, когда уровень воды вновь снижен, молодые ростки тростника активно растут, и к моменту подъема уровня воды (последняя декада июня) верхушки побегов уже выше отметки нормального подпорного уровня (НПУ).
В последующие годы отмерший клиф в ходе естественных склоновых процессов выполаживается. У его основания, между отмершим кли-фом и полосой пропашки, формируется осыпь с уклонами 30-40°. Осыпь постепенно зарастает в нижней части тростником, а в верхней - зональной травянистой растительностью. Такие берега сейчас можно наблюдать на многочисленных заливах водохранилища, где абразионная переработка давно прекратилась. Этапы формирования защитного насаждения показаны на рисунке.
Тростник обыкновенный - характернейшее растение берегов водоемов. Распространен на всей территории России и зарубежной Европы, кроме Арктики. Растет как в прибрежной зоне водоемов, до глубины 1,5 м, так и в наземных условиях, при неглубоком залегании грунтовых вод. Стебель с многочисленными узлами, до 5 м высотой. Корневище очень ветвистое. Лист ланцетно-линейный или линейный, 5-25 мм шириной, плоский. Метелка крупная, до 30 см длиной. Колоски 6-17 мм длиной, 3-7 - цветковые, темно-фиолетовые; колосковые чешуи ланцетные, нижняя 2,55 мм длиной, верхняя 3-9 мм длиной. Нижняя цветковая чешуя кожисто-перепончатая, с шиловидным острием, превышающим длину чешуи. Цветет в июле-августе, плодоносит в августе-сентябре, не ежегодно. В одном соцветии образуется до 50-100 тыс. зерновок. Минимальная температура прорастания 8-10 °С, оптимальная температура прорастания 20 °С. Прорастание идет на свету, с поверхности почвы или с глубины не более 0,5-1,0 сантиметров. Семена жизнеспособны один год. Очень активно размножается корневищами. Типичный пирофит, прекрасно восстанавливается после выжигания сухих побегов [17, с. 606].
Предлагаемый нами метод укрепления размываемых берегов заключается в создании условий для произрастания тростника и рогоза на абразионной отмели. Как уже говорилось, препятствием для произрастания этих видов на отмели в настоящее время является исключительная плотность грунта и отсутствие рыхлых наносов. Ветровые волны не являются лимитирующим фактором распространения тростника. В качестве примера можно привести побережья Северного Прикаспия, сплошь поросшие тростником. Ширина тростниковых крепей достигает нескольких километров. Внешний край этих зарослей подвергается активному воздействию ветровых волн. Высота волн в северной мелководной части Каспийского моря достигает 2 м при длине волны 10 метров [3, с. 541]. Это сопоставимо с характеристиками волн крупных водохранилищ. На Волгоградском водохранилище повторяемость волн высотой более 2 м на самых широких участках (Ерусланский створ) составляет 0,57 %, на остальной акватории их повторяемость измеряется сотыми долями процента [15].
Создание берегоукрепительного насаждения начинается с выпахивания вдоль уреза воды борозд глубиной 30-40 сантиметров. Ширина зоны пропашки должна составлять не менее 5 метров. Она не будет препятствовать размыву берега, абразия будет по-прежнему интенсивной, и рыхлый материал очень быстро заполнит борозду. Этот материал и послужит субстратом для околоводной растительности. Результаты этих мероприятий - прекращение абразии - будут очевидны уже в первый сезон. Указанные земляные работы можно выполнять любым гусеничным трактором, необходимо лишь подобрать прицепные устройства, подходящие для плотного грунта. Бенч сложен плотным грунтом и позволит работать трактору с механизмом. Пологие спуски на отмель можно с минимальными затратами оборудовать в устьевых частях заливов. График проведения работ должен быть увязан с режимом уровней водохранилища. На Волгоградском водохранилище земляные работы удобнее всего проводить в первой декаде мая, при низком уровне воды в водохранилище. В течение летних месяцев «защитное сооружение» успеет сформироваться. Специальных мероприятий по посадке тростника проводить не нужно, так как в воде водохранилища содержится огромное количество семян. Водой переносятся также обрывки корневищ, которые легко укореняются. Дополнительной защитой берегов служат естественные заросли рдеста пронзеннолистного Potamogeton, которые почти сплошной полосой тянутся по мелководьям водохранилища, в интервале глубин 0,5-2 метров. Эти густые заросли, безусловно, служат препятствием для волн и уменьшают подвижность воды у берегов.
При посадке необходимо учитывать биологические особенности тростника обыкновенного. В начальной фазе развития его побеги плохо переносят подъем уровня воды более чем на 0,5 м выше верхней точки роста [1]. Поэтому работы по созданию берегоукрепительных насаждений следует проводить в строго определенные сроки, сообразно с уровенным режимом водохранилища. В первых числах мая проводится пропашка борозд вдоль береговой линии. При последующем кратковременном подъеме уровня воды борозда заполняется рыхлым субстратом и в нем начинается развитие корневищ и побегов. В первой половине июня, когда уровень воды вновь снижен, молодые ростки тростника активно растут, и к моменту подъема уровня воды (последняя декада июня) верхушки побегов уже выше отметки нормального подпорного уровня (НПУ).
В последующие годы отмерший клиф в ходе естественных склоновых процессов выполаживается. У его основания, между отмершим кли-фом и полосой пропашки, формируется осыпь с уклонами 30-40°. Осыпь постепенно зарастает в нижней части тростником, а в верхней - зональной травянистой растительностью. Такие берега сейчас можно наблюдать на многочисленных заливах водохранилища, где абразионная переработка давно прекратилась. Этапы формирования защитного насаждения показаны на рисунке.
Если проводить работы в указанные сроки, то затраты на обустройство защитных насаждений складываются из следующих статей:
1) горюче-смазочные материалы и амортизация техники;
2) оплата труда тракториста;
3) незначительные земляные работы по оборудованию спусков на отмель для трактора (в случае необходимости).
Рисунок. Этапы формирования берегоукрепительного насаждения:
1 - закладка полосы пропашки на отмели в период сработки водохранилища (май); 2 - развитие тростника в пределах борозды (первый летний сезон после закладки борозды); 3 - выполаживание отмершего клифа и зарастание его тростником и зональной растительностью; НПУ - нормальный подпорный уровень водохранилища; УС - уровень сработки
1 - закладка полосы пропашки на отмели в период сработки водохранилища (май); 2 - развитие тростника в пределах борозды (первый летний сезон после закладки борозды); 3 - выполаживание отмершего клифа и зарастание его тростником и зональной растительностью; НПУ - нормальный подпорный уровень водохранилища; УС - уровень сработки
Практически эти работы может провести любой хозяйствующий субъект, вплоть до садоводческого товарищества и отдельного фермера.
Стоимость
одного погонного километра защитных сооружений приближается к стоимости
дизельного топлива, необходимого трактору для обработки этого участка.
Основным результатом применения нашей методики является полное прекращение абразионной переработки берега на соответствующем участке. Помимо способности защищать берега от абразионного разрушения, следует отметить и другие положительные особенности тростниковых сообществ на берегах водоемов. Умеренное зарастание акватории (до 20 % площади) благоприятно влияет на развитие прибрежной фауны [12, с. 118]. На Волгоградском водохранилище мелководья с развитой высшей водной растительностью занимают пока 10,5 % акватории водохранилища, и процесс зарастания развивается в последние годы медленно [8, с. 11]. Ведущая роль в зарастании мелководий принадлежит именно сообществам тростника обыкновенного и рдеста пронзеннолистного.
Биомасса тростника, особенно молодые побеги, используются в пищу животными различных систематических групп. Установлено, что с зарослями тростника имеют пищевые связи 85 видов беспозвоночных и позвоночных животных [10]. Среди диких животных активными потребителями биомассы тростника являются многие водоплавающие птицы, ондатра, водяная полевка. Заросли тростника - это и важнейший биотоп береговой зоны, место нереста, обитания и нагула молоди частиковых рыб, место гнездования водоплавающих птиц.
Положительная роль тростника связана также с участием в процессах самоочищения водоема, где его заросли выполняют следующие функции [14]:
1. Механическая очистка - задерживание взвешенных и слаборастворимых органических веществ.
2. Минерализация и окисление загрязнителей.
3. Детоксикация органических загрязнителей. Доказано, что в присутствии тростни-
ка более интенсивно протекает разрушение нефтяных загрязнений.
4. Накопление в тканях некоторых опасных загрязнителей, в частности, тяжелых металлов и пестицидов [4; 5]. В условиях Нижнего Поволжья тростник является видом-концентратором меди и никеля [7].
Кроме того, тростник обладает фитонцидной активностью. Водные экстракты стеблей и корневищ тростника в эксперименте приводят к угнетению некоторых сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды [9].
Выводы
Применение изложенного метода позволит сохранить для народного хозяйства десятки гектаров ценнейших прибрежных земель ежегодно, в частности, орошаемой пашни, земель населенных пунктов, объектов инфраструктуры. Кроме непосредственной выгоды, связанной с сохранением земельных ресурсов, снизится интенсивность неблагоприятных процессов, связанных с размывом берегов - заполнения чаши водохранилища наносами (заиления), ухудшения санитарных качеств воды.
Полоса тростниковых зарослей вдоль берега будет выполнять также дополнительную функцию - служить очистным сооружением, утилизирующим поступающие в водоем с берега биогенные загрязнители (животноводческие стоки, минеральные удобрения) и, отчасти, нефтепродукты и тяжелые металлы. Тростниковые насаждения уже многие десятилетия используются в сооружениях биологической очистки сточных вод и свойства их в этом отношении хорошо изучены [6]. Ввиду широчайшей географической распространенности тростника описанная в настоящей работе технология укрепления берегов может быть применена практически на всех равнинных водохранилищах России.
Основным результатом применения нашей методики является полное прекращение абразионной переработки берега на соответствующем участке. Помимо способности защищать берега от абразионного разрушения, следует отметить и другие положительные особенности тростниковых сообществ на берегах водоемов. Умеренное зарастание акватории (до 20 % площади) благоприятно влияет на развитие прибрежной фауны [12, с. 118]. На Волгоградском водохранилище мелководья с развитой высшей водной растительностью занимают пока 10,5 % акватории водохранилища, и процесс зарастания развивается в последние годы медленно [8, с. 11]. Ведущая роль в зарастании мелководий принадлежит именно сообществам тростника обыкновенного и рдеста пронзеннолистного.
Биомасса тростника, особенно молодые побеги, используются в пищу животными различных систематических групп. Установлено, что с зарослями тростника имеют пищевые связи 85 видов беспозвоночных и позвоночных животных [10]. Среди диких животных активными потребителями биомассы тростника являются многие водоплавающие птицы, ондатра, водяная полевка. Заросли тростника - это и важнейший биотоп береговой зоны, место нереста, обитания и нагула молоди частиковых рыб, место гнездования водоплавающих птиц.
Положительная роль тростника связана также с участием в процессах самоочищения водоема, где его заросли выполняют следующие функции [14]:
1. Механическая очистка - задерживание взвешенных и слаборастворимых органических веществ.
2. Минерализация и окисление загрязнителей.
3. Детоксикация органических загрязнителей. Доказано, что в присутствии тростни-
ка более интенсивно протекает разрушение нефтяных загрязнений.
4. Накопление в тканях некоторых опасных загрязнителей, в частности, тяжелых металлов и пестицидов [4; 5]. В условиях Нижнего Поволжья тростник является видом-концентратором меди и никеля [7].
Кроме того, тростник обладает фитонцидной активностью. Водные экстракты стеблей и корневищ тростника в эксперименте приводят к угнетению некоторых сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды [9].
Выводы
Применение изложенного метода позволит сохранить для народного хозяйства десятки гектаров ценнейших прибрежных земель ежегодно, в частности, орошаемой пашни, земель населенных пунктов, объектов инфраструктуры. Кроме непосредственной выгоды, связанной с сохранением земельных ресурсов, снизится интенсивность неблагоприятных процессов, связанных с размывом берегов - заполнения чаши водохранилища наносами (заиления), ухудшения санитарных качеств воды.
Полоса тростниковых зарослей вдоль берега будет выполнять также дополнительную функцию - служить очистным сооружением, утилизирующим поступающие в водоем с берега биогенные загрязнители (животноводческие стоки, минеральные удобрения) и, отчасти, нефтепродукты и тяжелые металлы. Тростниковые насаждения уже многие десятилетия используются в сооружениях биологической очистки сточных вод и свойства их в этом отношении хорошо изучены [6]. Ввиду широчайшей географической распространенности тростника описанная в настоящей работе технология укрепления берегов может быть применена практически на всех равнинных водохранилищах России.
Солодовников Денис Анатольевич
Кандидат географических наук, доцент кафедры географии и картографии, Волгоградский государственный университет
Курсакова Надежда Александровна
Аспирант кафедры географии и картографии, Волгоградский государственный университет
Проблемы экологического здоровья водохранилищ
Искуственное воспроизводство рыб в Азово-Донском бассейне
Пути оздоровления экологической обстановки в бассейне р. Дон
Цимлянское водохранилище состояние и рыбные запасы
Тростник как защитник берега
Тростник преобразует берег водохранилища.
Тростник дает корм и убежище водоплавающей птице, рыбе, ондатрам и прочей живности.
Тростник эффективно очищает воду.
Тростник вполне может использоваться как строительный материал - как для декоративных крыш, так и в виде прессованных плит.
Защитные свойства насаждений тростника обыкновенного на берегах водоемов
Проблемы экологического здоровья водохранилищ
Пути оздоровления экологической обстановки в бассейне р. Дон
Цимлянское водохранилище состояние и рыбные запасы
четверг, 1 сентября 2016 г.
Экологические проблемы Краснодарского водохранилища
Экологические проблемы Краснодарского водохранилища
Краснодарское водохранилище - крупнейшее на Северном Кавказе - водохозяйственный объект федеральной собственности комплексного назначения: противопаводковое, питьевое, орошение, рыборазведение, лиманное опреснение, улучшение судоходства, рекреационное.
Площадь зеркала Краснодарского водохранилища составляет 420 км , емкость -3,1 млрд. м3. Длина водохранилища - 46 км, ширина - 9 км, максимальная глубина - 18 м, средняя - 11-12 м. Большая часть площади водохранилища, а именно 92%, находится в пределах Республики Адыгея (РА).
22 июня 1967 года вышло распоряжение Совета Министров СССР, которым было утверждено проектное задание на строительство водохранилища, а в 1969 году Краснодарское водохранилище объявлено Всесоюзной ударной комсомольской стройкой. Краснодарское водохранилище эксплуатируется с 1973 года, в течение которого оно предотвратило более 10 крупнейших наводнений.
Краснодарское водохранилище оказало негативное экологическое влияние на прилегающие к нему территории РА. Постепенно произошли изменения климата в зоне влияния водохранилища в сторону повышения влажности воздуха: лето стало прохладнее, зимы мягче. Повсеместно отмечается подъем грунтовых вод, продолжается процесс деградации почв более чем на 17 тыс. га. Изменение режима влажности и качества грунтовых вод оказало разрушительное влияние на фундаменты жилых домов и хозяйственных построек. Применение пестицидов при возделывании риса привело к тому, что остатки хлорорганических соединений обнаружены в питьевой воде, почвенном грунте. Вода в колодцах не соответствует нормативным требованиям в таких муниципальных образованиях, как «Тахтамукайский район», «Теучежский район», «Красногвардейский район», и, соответственно, использовать ее в качестве питьевой воды не представляется возможным [1].
Основными целями строительства Краснодарского водохранилища являлись:
- обеспечить водой рисовые оросительные системы в Краснодарском крае на площади 215тыс. гектаров;
- срезать пики паводков и устранить угрозу разрушительных наводнений для 600 тыс. га пойменных земель в низовьях реки Кубани;
- осуществить ряд мероприятий по воспроизведению ценных пород рыб Азовского моря;
- улучшить судоходство на реке Кубани, увеличить длительность навигационного периода;
- использовать дренажные воды плотины водохранилища для снабжения питьевой водой жителей Краснодара;
- использовать береговую полосу водохранилища в качестве зоны отдыха для жителей Краснодара и других населенных пунктов, расположенных вокруг него.
До создания Краснодарского водохранилища в Адыгее было затоплено много гектаров земли строительством Шапсугского, Шенджийского и Октябрьского водохранилищ. Общая площадь искусственных водоемов составляла примерно 4-5% площади Адыгеи. С началом строительства Краснодарского водохранилища было уничтожено большое количество лесополос, так необходимых в степной зоне. Проектирование водохранилища осуществлял «Кубаньгидросельхозстрой», дорабатывал «Кубаньгидро-водхоз», фронтом работы которых было строительство дамбы, гидротехнических сооружений: водосброса, рыбоподъемника, судоходного шлюза, вододренажной системы для фильтрации и сбора воды для Краснодара. Было запроектировано скважин дренажа на 1500 метров, но их количество было намного меньше. Проектировщики должны были произвести усиление оградительных валов вдоль берега реки Кубани, углубить существующие и построить новые дренажные каналы: вертикальный дренаж из буровых скважин и горизонтальный из пористых труб. Это нужно было для того, чтобы не допустить повышения уровня грунтовых вод на территории Хатукайской долины [2]. Следствием проектировочных упущений при строительстве водохранилища явилось наводнение в 2002 году в Красногвардейском районе. Погибли 114 человек, полностью разрушено более 12800 домов, повреждено более 40600 домовладений. Хозяйственная деятельность, осуществлявшаяся в бассейне реки Кубани в последние 10-15 лет (хищнически вырубались леса, бесконтрольно выбирался из пойм рек инертный материал, в результате чего дождевая вода перестала задерживаться), способствует, как считают ученые, подобным подтоплениям, которые «будут периодически повторяться».
Под рисовые чеки попали многие участки черноземов прибрежных к водоему территорий. Практически все хозяйственные постройки колхозов, находившиеся на дне водохранилища, были новыми, на них были затрачены немалые государственные средства. Также на дне водохранилища оказались леса и кустарники общей площадью 16905 га. В Теучежском районе был снесен лес первой группы, что отразилось на дефиците лесных ресурсов в Республике Адыгея.
Самым трагичным было переселение людей: всего было переселено 11829 человек, перенесено 28 кладбищ, 5 братских могил и перестали существовать 11 аулов и хуторов. К началу ввода в эксплуатацию водохранилища вынуждены были покинуть родные места еще 7773 человека [3].
Эксплуатация Краснодарского водохранилища привела к изменению гидрологических условий, которые распространились на значительные площади вокруг этого водоема. Неблагоприятность гидрологических условий в отдельные годы приводила к искусственному превращению окружающих территорий в водно-болотные ландшафты, что в корне меняло всю экологическую ситуацию. В настоящее время в результате поднятия уровня грунтовых вод большую площадь занимают лугово-болотные, аллюви-ально-луговые и черноземовидные почвы [4].
В 2015 году исполнилось 48 лет с начала строительства Краснодарского водохранилища. Длительная эксплуатация водохранилища негативно отразилась на прилегающих к нему землях Краснодарского края и Республики Адыгея. В зоне его влияния произошли изменения климата в аспекте повышения влажности воздуха. Повсеместно отмечается подъем грунтовых вод, продолжается процесс деградации почв, снижается содержание гумуса. Интенсивно проявляются процессы заиления, заболачивания и подтопления. Обширные площади некогда плодородных земель вышли из хозяйственного обращения.
По мнению Антошкиной Е.В., важным аспектом является тот факт, что водохранилище и прилегающую территорию делят глубинные разломы (например, Краснодарский) и вдоль них формируется зона напряжений. В данном случае антропогенный фактор может явиться причиной землетрясений. Вот почему возникает необходимость активизации экологического мониторинга на территории зоны воздействия водохранилища для устойчивого развития региона. При строительстве города Адыгейска не учитывалось сейсмологическое положение. Сейчас установлено, что город находится в сейсмоопасной зоне - до 8 баллов [5]. Поскольку фундаменты домов подмываются водой, достаточно землетрясения в 3-4 балла, чтобы все дома в г. Адыгейске разрушились. Угроза землетрясения на Кубани связана с приуроченностью к очагам Крымско-Кавказской сейсмичной зоны, простирающейся на дне Черного моря параллельно южному берегу Крыма к устью реки Кубани, через Таманский полуостров и далее через разломную зону Северо-Кавказского прогиба к Большому Кавказу. В этой зоне случаются редкие сильные землетрясения интенсивностью до 8 баллов. В 1926 году в Краснодаре было зафиксировано землетрясение 6 баллов. Причина в том, что зону водохранилища почти пополам делит глубинный разлом Северо-Кавказского прогиба, нагрузка в виде ударной волны по нему может послужить «спусковым крючком», пускающим в ход механизм землетрясения. Он делит территорию города на два тектонических блока, при этом западный блок облегчается водозабором на 200 тысяч тонн в сутки, а восточный - перегружен водами водохранилища. Вдоль разлома формируется зона напряжений. Были разработаны сценарии и проведены расчеты различных аварийных ситуаций на Краснодарском гидроузле, связанных с разрушением напорного фронта.
Ученые предполагают, что одним из сценариев образования прорыва в русловой части плотины является прорыв с отметкой 20,0 м и шириной бреши до 800 м. При этом максимальный расход воды через прорыв составит 23500 м3/с, уровень воды в ближней зоне (выше ж/д) несколько ниже, чем при прорыве в русле (около 26 м), а скорости течения в русле в ближней зоне незначительные. В связи с конструктивными недостатками дамбы такой сценарий является наиболее вероятным (рис. 1) [6].
По результатам исследований В. А. Бабешко, представлено, что Краснодарское водохранилище сейсмической угрозы не представляет [7].
Серьезным вопросом для переселенцев тогда поселка Адыгейска стала большая смертность среди пожилого населения, вследствие тяжелой адаптации к новым условиям проживания, а также и низкая рождаемость. Возникли и проблемы подтапливания поселка водохранилищем, построенного на болотистой местности, которая была ниже уровня Краснодарского водохранилища.
Рис. 1. Расчет волны прорыва при разрушении Краснодарского гидроузла (по информации НИИЭС Русгидро)
В большинстве населенных пунктов, расположенных в зоне влияния водохранилища, отсутствуют системы очистных сооружений, а следствием складывающейся ситуации является высокий уровень заболеваемости: вирусным гепатитом «А» в муниципальных образованиях «Теучежский район» и «Красногвардейский район»; лептоспи-розом в муниципальном образовании «Тахтамукайский район», где этот показатель заболеваемости в 2003 году превысил средний уровень по Республике в 2-4 раза.
По данным центра Госсанэпиднадзора муниципального образования (МО) «Те-учежский район» по санитарно-гигиеническим вопросам, качество воды в колодцах не соответствует стандартам по бактериологическим и санитарно-химическим показателям, что создает крайне неблагоприятную ситуацию для здоровья населения. Артезианские башни, построенные в последние годы, не обеспечивают водой в полную меру население г. Адыгейска, а. Гатлукая и других близлежащих населенных пунктов, в летнее время отмечаются веерные отключения. Анализ показателей качества питьевой воды выявил, что наиболее высокий предельный вес нестандартных проб воды по микробиологическим показателям отмечается в муниципальных образованиях «Теучежский район» - 8,7%, «Красногвардейский район» - 4,9%, «Тахтамукайский район» - 2,8% [8].
Согласно государственному отчету Росэпиднадзора по Республике Адыгея за 2013 и 2014 годы, процент общей заболеваемости в этих трех муниципальных образованиях увеличился, особенно по инфекционным заболеваниям (табл. 1, рис. 2-4) [9]. МО «Теучежский район» занимает первое место в Республике Адыгея по заболеваемо-стом кариесом зубов вследствие содержания фтора в воде 0,4 мг (норма - 0,8-1,2 мг). В протезировании зубов нуждаются 65% городского и 75% сельского населения.
Таблица 1
Инфекционные заболевания населения муниципальных образований РА, (в %)
Муниципальные образования РА % инфекционных заболеваний
2013 год 2014 год
МО «Тахтамукайский район» 8,2 12,2
МО «Теучежский район» 33,3 42,7
МО «Красногвардейский район» 22,5 16,1
Таким образом, нарушение и подтопление земель, изменение климата, его составляющих элементов связано с воздействием Краснодарского водохранилища, функционирование которого обусловливает негативное изменение экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки в зоне муниципальных образований «Город Адыгейск», «Теучежский район», «Красногвардейский район» и «Тахтамукайский район» РА.
Рис. 2. Динамика инфекционных заболеваний населения муниципальных образований, прилегающих к Краснодарскому водохранилищу, (в %)
Рис. 3. Динамика общей заболеваемости населения муниципальных образований, прилегающих к Краснодарскому водохранилищу, (в %)
Экологические проблемы Краснодарского водохранилища и пути их решения
На экологические и мелиоративные проблемы прилегающих территорий к Краснодарскому водохранилищу обращали внимание многие ученые [10-12]. Однако проведенный мониторинг показал следующие проблемы:
1. Проблемы рисосеяния на территории Краснодарского края и Республики Адыгея
На территории Адыгеи находится 92% поверхности Краснодарского моря. Но более 90% оросительных систем, которые обслуживают водохранилище, принадлежат муниципальным образованиям Краснодарского края - 270 тыс. га, Республике Адыгея - 22,7 тыс. га. По проекту водохранилище должно было обеспечить рисовые оросительные системы площадью 215 тыс. га. В экономических расчетах урожайность риса принималась равной 45 центнерам с гектара, валовой сбор - 648 тыс. тонн, товарность - 75%, а доля его севооборота - 62,5%. Под рисовые чеки занято 70% черноземных почв Калининского, Красногвардейского, Красноармейского районов. Начиная с 70-х годов, посевные площади риса на Кубани стали значительно увеличиваться. В 1972 году было собрано 365 тыс. тонн риса, что составило 66% от всего собранного по России. В 1980 году в Краснодарском крае был получен рекордный урожай - 1,4 млн. тонн риса. Затем рисовые чеки были заброшены, заросли кустарниками. С 2003 года вновь возобновили использование оросительных систем как в Краснодарском крае, так и в Республике Адыгея. В 2015 году собрано риса в Республике Адыгея 38,5 тыс. тонн, что на 86% больше чем в 2014 году (в Краснодарском крае - 955 тыс. тонн).Применительно к природным условиям рассматриваемого рисового региона, подверженного засолению, посевы риса наряду с негативным влиянием на почвы (усиленный вынос питательных элементов) оказывают и положительное влияние в качестве культуры, не требующей специальных промывок почв, а обеспечивающей промывку водным режимом ее возделывания. Наиболее существенное негативное влияние на почвы оказывают применяемые гербициды [12].
Следует заметить, что сбросные воды в процессе возделывания риса, а с ними и гербициды, минеральные удобрения попадают в реки и Краснодарское водохранилище. Из наиболее характерных загрязняющих веществ (нефтепродукты, соединения меди, железа, фенолы) в нем обнаружены хлорорганические и фосфорорганические пестициды.
2. Краснодарское водохранилище требует капитального ремонта
Проблемы связаны с берегоукрепительными работами и состоянием гидроузла,металлические конструкции которого находятся в критическом состоянии. Прорыв дамбы может угрожать десяткам тысяч людей, проживающих в трех районах, прилегающих к водохранилищу. При развале плотины сила ударной волны потока в 12 метров высотой может разрушить аулы и поселки: а. Тугургой, п. Тлюстенхабль, а. Шенд-жий, а. Тахтамукай, п. Прикубанский, п. Энем, а. Козет, а. Ново-Адыгейск, а. Старо-бжегокай, п. Афипский с газобензиновым заводом, п. Новый Афипсип, п. Новая Адыгея. Из центральной и северной части плотины вода может обрушиться на г. Краснодар.
Постановление Правительства РФ от 19 апреля 2012 г. № 350 «О федеральной целевой программе «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012-2020 годах» утвердило целевую программу реконструкции Краснодарского водохранилища [13]. В рамках программы капитального ремонта и реконструкции водохранилища на 2012-2020 годы в федеральном бюджете предусмотрено 2,3 млрд. рублей, из них 1,5 млрд. рублей уже израсходованы. В 2015 году, кроме расчистки чаши водохранилища, русел рек, берегов и другой хозяйственной деятельности, должны приступить к созданию инженерно-защитных сооружений долины реки Псекупс. На эти цели из федерального бюджета планируется выделить около 104 млн. рублей. ФБГУ «Краснодарское водохранилище» приступает к реконструкции инженерно-защитной полосы в районе а. Хатукай. Депутаты Госсовета-Хасэ РА 29.04.2015 г. заслушали доклад директора ФБГУ «Краснодарское водохранилище» Г. А. Никифорова о состоянии Краснодарского водохранилища. ФБГУ «Краснодарское водохранилище» совместно с Кубанским бассейновым водным управлением рекомендовано провести плановые ремонтно-восстановительные работы на гидротехнических сооружениях Краснодарского водохранилища, ликвидировать загрязнения и заиление водного объекта, а также засорение речных вод, примыкающих к нему, заняться восстановлением рыбных запасов.
3. Качество воды для населения, прилегающих территорий
За последний год ведется контроль качества воды, которым занимается гидрохимическая лаборатория ФГУ «Кубаньмониторингвод». Характер распределения загрязняющих веществ по акваториям водохранилищ равномерный. Высокого содержания загрязняющих веществ не обнаружено, гидрохимическая обстановка стабильна, качество воды находится на уровне среднемноголетних наблюдений. Анализ результатов мониторинга качества поверхностных водных объектов показал, что качество воды претерпело изменения в сторону улучшения, что связано с сокращением сбросов сточных вод из-за спада производства и снижения объемов применения удобрений, ядохимикатов в сельском хозяйстве.Из 83 населенных пунктов РА, которые употребляют воду из источников нецентрализованных систем водоснабжения 63,6% населения обеспечено качественной водой, а 36,4% - некачественной. К числу негативных факторов следует отнести отсутствие в Республике Адыгея эффективных компактных технологических схем очистки, имеющиеся очистные сооружения не могут обеспечить прием и эффективную очистку сточных вод. Это актуально для МО «Город Адыгейск». Физический износ канализационных сетей составляет более 80%. Для устранения обозначенных проблем была принята долгосрочная целевая программа «Чистая вода» на 2011-2015 гг. В рамках реализации мероприятий завершена реконструкция очистных сооружений МО «Город Адыгейск», а. Хатукай, МО «Красногвардейский район».
4. Подтопление земель
Заболачивание земель из-за подтопления и повышения уровня грунтовых вод (от 0,5 м до 5 м), деградация плодородных черноземов (более 20 тыс. га), изменение климата в регионе, ухудшение экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки - это первостепенные вопросы, которые требуют разрешения. Нерешенными до настоящего времени остаются социальные проблемы переселенцев - жителей г. Адыгей-ска. В период с 1969 по 1975 годы должны были в дома государственного жилищного фонда переселены 1279 семей (6289 человек) и построено 57,1 тыс. м2 жилой площади, но фактически было предоставлено 54,2 тыс. м2.5. Роль Краснодарского водохранилища в предотвращении паводков
По сообщению Кубанского бассейнового водного управления на 2014 год, паводковая ситуация в бассейне реки Кубани спокойная. Объем воды в Краснодарском водохранилище составляет 1580 млн. м3, что ниже нормального подпорного уровня.Выводы
Для контроля и улучшения экологической ситуации в зоне влияния Краснодарского водохранилища необходим постоянный экологический мониторинг окружающей среды, который должен включать:
- проведение гидрохимических исследований поверхностных и подземных вод;
- санитарно-эпидемиологические исследования;
- исследование воздействия факторов среды обитания на состояние здоровья человека;
- организацию информационно-аналитического центра экологического мониторинга;
- применение мелиоративно-контурной системы земледелия с долей многолетних трав до 30-40%, с полным отказом от ядохимикатов и ограничением минеральных удобрений.
Реконструкция и улучшение технического состояния объектов Краснодарского водохранилища предусмотрены Федеральной целевой программой «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012-2020 годах» [13]. На сооружения напорного фронта и инженерных защит, расположенные в Краснодарском крае и Республике Адыгея, в 2012-2020 гг. из федерального бюджета выделено более 2 млрд. рублей. Только при правильном распределении финансовых ресурсов и грамотной организации работ по реконструкции Краснодарского водохранилища удастся предотвратить техногенные катастрофы.
Туова Т.Г.
Кандидат педагогических наук, доцент кафедры географии факультета естествознания Адыгейского государственного университета, Майкоп
Эколого - ландшафтный подход к организации сельскохозяйственного производства
Современное состояние гидрографической сети дельты реки Кубань
Исследования в поймах рек степной зоны Краснодарского края
Проблемы экологического здоровья водохранилищ
Проблемы экологического здоровья водохранилищ
Проблемы экологического здоровья водохранилищ
В последние полвека на реках мира построено около 800 тыс. плотин, из которых 45 тыс. выше 15 метров. Ежегодно вступают в строй сотни гидроузлов, создающих большие и малые водохранилища.
В настоящее время водохранилища являются важнейшим практическим средством управления водными ресурсами. С их помощью решается одна из главных народохозяйственных задача -обеспечение водопотребителей и водопользователей водой заданного качества.
Водохранилища - творения рук человека становятся неотъемлемой частью природной среды, изменяют ее и живут по ее законам. Вместе с тем, высокая плотность населения, чрезмерная концентрация различных отраслей промышленности и сельскохозяйственного производства по берегам зарегулированных рек привели к чрезвычайно интенсивным антропогенным нагрузкам на экосистему как самих водохранилищ, так и всей водосборной площади.
Накопление наносов в водохранилищах нередко связано и с накоплением загрязнений. Твердые наносы, осаждающиеся в водохранилище, адсорбируют на себе мельчайшие частицы любой взвеси, в том числе и органику, содержащую загрязняющие вещества. В ходе жизнедеятельности мельчайших организмов-редуцентов (бактерий, грибов, водорослей) органические соединения подвергаются деструкции, происходит изменение их свойств. Трансформация веществ вместе с процессом механического вымывания загрязнении являются сутью процессов «самоочищения» вод в водохранилищах.
Однако для того чтобы «самоочищение» работало необходимо, чтобы скорость процесса трансформации была выше, чем скорость аккумуляции загрязняющих веществ. Если это условие нарушается, то наступает момент, когда накопление загрязнении в донных отложениях достигает «критического» уровня и вместо трансформации включается механизм "размывания" осевшеИ массы. При этом в водную среду выносится дополнительно часть загрязнении, попавших туда ранее. Такой процесс носит название «вторичного загрязнения» водоема. Во избежание опасности вторичного загрязнения на неглубоких водохранилищах в промышленно развитых раионах не следует допускать быстрой и глубокой сработки.
Натурные наблюдения на водохранилищах Волжского каскада, выполненные ИВП РАН в 1982 г. показали, что в придонных слоях застойных и слабопроточных зон приплотинных частей водохранилищ формируются тонкодисперсные осадки с консистенцией геля в виде довольно значительных по площади ареалов с толщиной слоя от сантиметров до 2-х метров. Гелеобраз-ные массы, с концентрацией загрязняющих веществ в них на порядок превы-шающей ПДК, обладают большой подвижностью.
Одним из способов предотвращения вторичного загрязнения водоема может быть путь засыпки очагов донных загрязнений чистым песком русловой части водохранилища. Отсыпка может вестись слоем в несколько сантиметров по специально разработанной для этого технологии, учитывающей недопущение размыва самой засыпки /1/.
Уровень «критического» загрязнения для каждого водоема свой и определяется, исходя из параметров его объема, объема загрязняющих веществ в источнике загрязнения, скорости восстановления - самоочищения /2/.
Каждый водоем - сложная физико-биологическая система, в которой обитают бактерии и водоросли, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная деятельность этих организмов является «движущей силой» механизма самоочищения водоемов.
Факторы самоочищения водоема условно можно разделить на три группы: физические, химические, биологические. Среди физических факторов первостепенное значение имеют разбавление, растворение, перемешивание и перенос поступающих загрязнений, при малых скоростях течений -оседание на дно нерастворимых осадков и отстаивание. Под влиянием ультрафиолетового солнечного излучения происходит разрушение части белковых коллоидных соединений, вода обеззараживается.
К химическим факторам самоочищения относятся процессы окисления органических и неорганических веществ. Интенсивность окислительных процессов зависит от количества растворенного в воде кислорода. Кислород в воду поступает главным образом из атмосферы, чему способствует волновое перемешивание водных масс, а также в ходе жизнедеятельности фотосин-тезирующих растений.
Максимальная насыщающая концентрация кислорода в холодной воде составляет около 9мг/л, однако при дополнительной аэрации воды может по-
вышаться в 1.5-2.5 раза. В глубоких и малопроточных водохранилищах развиты явления температурной и кислородной стратификации, проявляющиеся в том, что концентрация кислорода в нижних слоях падает до 3-5% максимального насыщения. Кроме того, если содержание органических веществ в водоеме велико, то для их окисления бактериями и простейшими может израсходоваться почти весь имеющийся запас кислорода, и в водоеме наступают анаэробные условия. Немногие виды способны выжить в подобных условиях, хотя анаэробные формы жизни достаточно широко распространены на планете. Вместо кислорода анаэробные бактерии могут использовать серу, содержащуюся в органических отходах. Их жизнедеятельность сопровождается образованием сероводорода и метана. На некоторых крупных тропических водохранилищах, где не были в должном объеме проведены мероприятия по очистке ложа от растительности, разложение огромной растительной биомассы вызвало появление обширных сероводородных зон.
К биологическим факторам самоочищения относятся механизмы, выработанные самой природой. Водные сообщества растений, животных, ихтиофауна, бактерии, грибки, донный бентос являются звеньями пищевых цепей водоемов и обеспечивают круговорот веществ в экосистеме.
Чрезвычайно велика роль растений - водорослей, высшей водной растительности и лесов в формировании качества поверхностных вод и защите водоемов от загрязнения и истощения.
Важнейшая водоохранная функция лесов связана с их сглаживающим влиянием на внутригодовое распределение стока. Лес обеспечивает перевод части склонового стока в почвенный и грунтовый, что связано с очисткой воды от загрязняющих веществ в ходе фильтрации. Снежный покров на лесных территориях формируется со значительно большими запасами воды, чем на открытых пространствах, причем наиболее мощный - в лиственных лесах. От мощности снежного покрова зависят глубина промерзания почвы и интенсивность ее оттаивания. Сильнопромерзшие почвы (безлесые) характеризуются замедленным оттаиванием, во время снеготаяния их водопроницаемость минимальна, что ведет к увеличению кратковременного половодного стока с большим объемом продуктов эрозии берегов.
Согласно Водному Кодексу РФ, для поддержания водных объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, для предотвращения загрязнения, истощения поверхностных вод, для сохранения среды обитания животного и растительного мира устанавливаются водоохранные зоны. Минимальная ширина водоохраной зоны для водохранилищ определяется с учетом прогнозов изменения береговой линии во время эксплуатации, но не менее 500 м. Прибрежные защитные полосы должны быть заняты древесно-кустарниковой растительностью. По берегам сибирских водохранилищ рекомендуется оставлять водоохранную лесную зону шириной не менее 3 км.
Везде, в каждой капле воды можно обнаружить тех или иных представителей водорослей. Мир водорослей огромен. В настоящее время известны тысячи их видов, составляющих основную часть биомассы фитопланктона на Земле. В пресных водоемах чаще всего обитают зеленые, сине-зеленые, диатомовые водоросли.
Особенностью питания водорослей является то, что они способны усваивать из водной среды растворенные минеральные элементы и использовать их при синтезе аминокислот, белков, витаминов, фитогормонов. Некоторые виды водорослей способствуют расщеплению высокомолекулярных органических соединений на органические составляющие, быстро разрушаемые далее бактериями. Они связывают в комплексы некоторые металлы, такие как ртуть и свинец, что уменьшает их подвижность и ускоряет процесс осаждения.
Бактерицидная активность водорослей проявляется в выделении ими биологически активных веществ - фитогормонов, которые подавляют жизнедеятельность патогенной микрофауны, что также способствует оздоровлению водоемов.
Количество кислорода, выделяемого различными видами водорослеИ, изменяется под влиянием многих факторов - интенсивности освещения, времени года, температуры воды, численности, видового состава.
Избыточное поступление биогенных элементов в водоемы, в особенности нитратов и фосфатов, служащих источником питания для фотосинтезиру-ющих водорослеИ, замедленныИ водообмен и теплые воды - факторы, способствующие бурному развитию отдельных видов фитопланктона - «цветению» водоемов. При этом затраты кислорода на биохимическое разложение отмершей биомассы вместе с ночным снижением кислорода за счет дыхания растений могут привести к тому, что в условиях нехватки кислорода типичное водное сообщество деградирует. Такой процесс носит название эвтрофизацией водоемов.
Цветение водоемов в первые годы их существования наблюдается практически повсеместно в самых разных климатических зонах и географических поясах. В холодных водохранилищах цветение воды связано с разрастанием диатомовых водорослеИ. В более теплых и прогреваемых водохранилищах бурно размножаются сине-зеленые водоросли. В тропических и экваториальных - разрастается водный гиацинт «голубая чума», который за считанные годы может вызвать зарастание всего
водохранилища. «Цветут» сегодня даже такие некогда чистые олиготрофные горные озера как Женевское и Боденское. Главная причина этому - избыточное поступление в водоемы сточных вод, изменение термического режима и естественное «старение» озер при накоплении в них детритных осадков.
Интересно отметить, что среди всех прочих видов водной растительности сине-зеленые водоросли выделяются абсолютной простотой своего клеточного строения. Это одноклеточные растения, не имеющие оформленного ядра, за что их часто объединяют с классом бактерий и относят к разделу прокариотов, т.е. доядерных организмов. Подобно азотофиксирующим бактериям у сине-зеленых водорослей существует способность связывать атмосферный азот и синтезировать на его основе азотистые вещества своего тела. Поэтому бурное размножение сине-зеленых водорослей не связано с присутствием в воде нитратов, как у других растений, для них - лимитирующим фактором являются фосфаты. Кроме того, при нехватке солнечного света (в пещерах, на глубине), в их клетках происходят изменения пигментного состава, и они переходят к гетеротрофному питанию, т.е. используют присутствующие в водоемах органические вещества в качестве источника питания. Сине-зеленые водоросли - старейшая группа автотрофных растений, приспособившаяся к жизни в самых неблагоприятных условиях.
Как же помочь восстановлению эвтрофных водохранилищ?
В некоторых случаях можно увеличить ироточность в застойных зонах водохранилищ, что поможет смыть избыток питательных веществ и водоросли.
Для осаждения фосфатов на водопроводных станциях используются различные реагенты, однако, обработка поверхности водного зеркала водоема может оказаться слишком дорогим мероприятием. Летучая зола тепловых станций также может применяться для осаждения фосфатов, к тому же она «склеивает» донные осадки, предотвращая их дальнейшее растворение. Однако зола ТЭС содержит множество других загрязняющих веществ и в том числе элементы тяжелых металлов.
Уже несколько лет на некоторых эвтрофированных озерах и водохранилищах Европы и США используется метод непосредственной подачи кислорода в донные слои воды. Такая принудительная аэрация активизирует окислительные процессы и препятствует высвобождению фосфора из озерного ила.
Биологические методы очистки относятся к группе методов, предусматривающих изменение типа и количества различных организмов, населяющих водоем, с тем, чтобы контролировать процесс эвтрофизации. Такие методы могут включать изменение значения рН воды в озере с тем, чтобы благоприятствовать росту зеленых, а не сине-зеленых водорослей, с этой же целью в «цветущие» зоны водохранилищ может подкачиваться холодная вода подземных источников. Воды водохранилищ следует заселять растительноядными породами рыб. К слову сказать, зеленые и диатомовые водоросли являются элементом питания для растительноядных рыб, поэтому их разрастание ограничивается численностью рыбного стада, в то время как среди сине-зеленых водорослей почти нет видов, которые употреблялись бы другими организмами в пищу и более того, после своей гибели они выделяют некоторые ядовитые вещества.
Значительную роль в оздоровлении водоемов играет высшая водная растительность (макрофиты). В народе тростник называют хранителем «живой» воды. Для очистки поверхностных вод от углеводородов на мелководьях весьма эффективны камыш озерный, тростник обыкновенный, рогоз, роголистник темно-зеленый. Основная роль в процессах очищения вод макрофитами принадлежит их симбиозу с нефтеокисляющими бактериями, в котором высшие водные растения играют роль активного субстрата.
Анализ многолетних комплексных наблюдений за водным, химическим, биологическим режимом искусственных водоемов показал, что, в охраняемых экосистемах водохранилищ, за счет поглощаемой водорослями солнечной энергии происходит интенсивное самоочищение вод одновременно с ростом рыбопродуктивности зарегулированных участков речной сети.
Охраняемые экосистемы водохранилищ предполагают как минимум соблюдение норм очистки сточных вод от загрязнений, проведение агротехнических мероприятий по уменьшению склоновой эрозии, выносу минеральных удобрений с обрабатываемых полей, засорению и замусориванию стокообразующих территорий.
Наиболее ярко выраженным недостатком водного режима водохранилищ являются неизбежные при регулировании стока колебания уровней воды, приводящие в фазе сработки к осушению больших пространств акватории, чаще всего в верховьях долинных водохранилищ. При этом на берегах остаются разлагающиеся водные растения и животные, на осушенной части происходит гибель донного бентоса, на мелководных и заболоченных участках создаются благоприятные условия для размножения насекомых и т.п. Экологически негативные последствия глубокой сработки водохранилищ проявляются в снижении самоочищающей способности водоемов, в сокращении нерестовых площадей, в ухудшении условий зимовки рыбного стада в период ледостава.
Современные требования по экологическому обустройству водохранилищ предполагают реконструкцию отдельных участков акватории и прилегающей береговой зоны в целях повышения рыбопродуктивности водоемов и сохранения нормативного качества воды. Главной задачей такой реконструкции должно стать управление не только внешним водообменном водохранилищ по узаконенным диспетчерским графикам, но и управление внутренним водообменном.
Комплекс инженерно-технических мероприятий включает в себя, прежде всего, мероприятия по отчленению части мелководий от открытой акватории и обустройству защищенных мелководий, а также работы по дноуглублению, отсыпке подводных рифов и островных массивов /3/.
Роль мелководий на водоемах огромна. Это те части акватории водохранилищ, где происходит размножение рыб, инкубация икры, вырост личинок и молоди, нагул части воспроизводителей. Имеющийся пока небольшой опыт показывает, что на мелководных участках с глубинами до 2-х метров и колебаниями уровней воды 0.5-1.0 метр создаются наиболее благоприятные условия для получения высоких и устойчивых, не зависящих от погоды, урожаев кормовых трав. Мелководья водохранилищ используются также для искусственного разведения рыбы, раков, водоплавающей рыбы, нутрии и ондатры.
Оптимальная доля мелководий в общей площади акватории водохранилищ составляет 10- 15% (рис 1).
Определенный успех в плане разработки конкретных мероприятий по защите мелководий имеется в европейских странах, в США. Так, на водохранилищах р. Миссисипи были отсыпаны из крупногабаритных камней искусственные острова, защищающие мелководья от ветра, создающие специфические местообитания по типу «искусственные рифы». Они доказали свою эффективность в улучшении структуры рыбного сообщества.
В России разработаны проекты по экологической реконструкции Рыбинского и Куйбышевского водохранилищ. В них предусмотрены мероприятия по искусственному изменению рельефа дна, прибрежных зон в целях рекреационного использования акватории, обвалование мелководий для получения до-полнительной сельскохозяйственной продукции, создание прудовых комплексов, рыбоводных ферм, искусственных рифов и нерестилищ и т.п.
Превращение водохранилищ с глубокой сработкой в полисекционные водоемы с выделением водоохранных, мелководных секций и главной - регулируемой емкости, позволит поддерживать постоянным уровень воды на мелководьях и защитит главную часть водохранилища как источника питьевого и технического водоснабжения от излишнего загрязнения и эвтрофизации.
Для уменьшения отрицательного влияния колебания уровня водохранилища на санитарно-гигиеническое состояние побережий широкое распространение в европейских странах получили буферные водохранилища. Эти водоемы создаются в зонах выклинивания подпора на главной реке, а нередко и на ее притоках. Постоянный уровень воды в верховьях водохранилища способствует сохранению ландшафта речной долины, позволяет увеличить глубину сработки основного водохранилища, а значит и его регулируемую емкость. Буферные водохранилища перехватывают большую часть твердого стока реки, в них происходит первичное отстаивание и очищение речной воды, что самым благотворным образом сказывается на качестве воды в главном водохранилище.
В первые годы существования водохранилища большое значение в формировании качества воды имеют выполненные санитарно-технические мероприятия по подготовке ложа к затоплению (вырубка леса, уборка мусора, обеззараживание нечистот и захоронений, снятие торфяников). До настоящего времени среди специалистов нет единого мнения по поводу сводки древесно-кустарниковой растительности в зоне будущего водохранилища.
В большинстве европеИских стран, где нет крупных водохранилищ, производится сплошная лесоочистка ложа и некоторых участков берегов, т.к. считается, что осложнения, вызванные невырубленной и плавающей древесиной, обходятся впоследствии дороже, чем стоимость лесоочистки.
Наибольшие проблемы с качеством воды наблюдаются на водохранилищах в тропическом и экваториальном поясах. Из-за больших технических слож-ностеИ и из-за недостатка средств в некоторых развивающихся странах производилась лишь частичная очистка ложа водохранилищ. Много невырубленного леса осталось на водохранилищах Кариба, Брокопондо, Каинджи, Вольта, Косу, Тукуруи, Капанда (рис.2) и др. Во многих случаях из-за разложения затопленной растительности на водохранилищах появились сероводородные зоны. Затопленный лес создал проблемы для судоходства, рыболовства, уменьшил возможности рекреационного использования водохранилищ.
Вместе с тем неполная лесоочистка водохранилищ имела место на многих водохранилищах в Канаде, в США, в России. Например, при подготовке ложа водохранилища Норрис в бассейне р. Теннеси лесоочистка проводилась лишь в зоне сработки, ниже осуществлялась только срезка деревьев, выступающих над водой при УМО. На ряде водохранилищ США вырубаемая древесина даже не вывозилась, а оставлялась на месте, закрепленной к кортам деревьев.
Вместе с тем опыт эксплуатации ряда сибирских и канадских водохранилищ показал, что влияние древесины, оставленной без вырубки на больших площадях, сказалось на качестве воды значительно меньше, чем предполагалось. Под действием ледовых, гидродинамических, гидрохимических процессов, невырубленная лесная растительность постепенно разрушается, разлагается, всплывает, частично выбрасывается на берег, особенно во время сработки водохранилищ, частично заиливается на дне. Кое-где затопленный лес сдерживает разрушение берегов и перемещение наносов, создает особые безопасные условия для размножения рыб, птиц, водоплавающих животных.
На Братском водохранилище было затоплено 12 млн. м3 леса, на Усть-Илимском - 5.4 млн. м3. Большие площади нетоварного леса были затоплены при создании водохранилища на Курейской ГЭС. Плавающие поля древесины причиняют неудобства и трудности в работе водного транспорта, затрудняют условия подхода судов и катеров к берегу, снижают эстетическое впечатление и рекреационную ценность водохранилища.
На Саяно-Шушенском водохранилище была проведена частичная лесо-очистка, из 3,7 млн. м3 древесины в зоне затопления осталось 2.2 млн. м3 , из них 1.0 млн. м3 остались в зоне ежегодной сработки. С момента начала наполнения водохранилища в 1978 году и до сегодняшнего дня на его акватории происходит образование плавника. По данным аэрофотосъемки в 1989 г.было выявлено на плаву около 1 млн.м3 древесины, что составляет 0.2 % от полного объема водохранилища. Образование плавника происходит за счет всплытия валежника и сухостоИноИ древесины, от вывала и срезки деревьев в результате ледовых явлениИ при ежегодных зимних сработках на 30-80 м при толщине льда 100-130 см.
Для очистки водохранилища от плавающей древесины были установлены запани, организован сбор плавника в кошели и доставка их к месту складирования. Однако, проблема переработки плавающей древесины до сих пор не решена. Лес теряет свою ценность, оседая на берегах водохранилища, увеличивает пожароопасность. Непрерывные работы по локализации и сбору плавника требуют людских ресурсов, а собранные, более 300тыс. м3 плавника не находят до сих пор своего применения.
Исследовательские работы, выполненные в 1885-1996 г. на биологическом факультете Красноярского университета, показали, что процессы химического и биологического разрушения древесины в суровых климатических условиях с низкими среднегодовыми температурами воздуха и воды протекают крайне медленно и не отражаются на удовлетворительном качестве воды, которая в основном объеме водохранилища характеризуется как «достаточно чистая», олиготрофная.
В настоящее время действующие санитарные нормы, регламентирующие требования к подготовке зон водохранилищ (СанПиН 3907-85), допускают возможность затопления части древес-но-кустарниковой растительности в зоне мертвого объема (ниже УМО) на водохранилищах с объемом более 10 млн. м3 и с водообменном более 6.
Учитывая, что проблема лесосводки и лесоочистки разделяется на две части - экономическую (реализация на рынке товарного леса) и экологическую (обеспечение качества воды) в современных проектах гидротехнических объектов может быть принята следующая схема решения проблемы:
- на базе лесоинвентаризации в затапливаемой зоне определяются объемы товарной древесины, подлежащие лесосводке;
- определяются объемы древесины, подлежащие лесоочистке на спецучастках: зона сработки, судовые хода, участки дна вблизи населенных пунктов, места промышленного лова рыб и т.п.;
- в предположении, что вся оставшаяся древесина будет затоплена, составляется прогноз всплывания древесины и изменения качества воды, рассматривая оставшуюся древесину как источник загрязнения;
- если объем плавающей древесины или прогнозируемое качество воды не отвечают нормативным требованиям или затрудняют условия эксплуатации, то объемы лесоочистки увеличивают.
Изложенный подход к решению проблемы лесоочистки позволяет сбалансировать экономическую и экологическую стороны проблемы /4/.
Бестужева A.C.
Меры необходимые для воспроизводства рыбных запасов Дона
Искуственное воспроизводство рыб в Азово-Донском бассейне
Пути оздоровления экологической обстановки в бассейне р. Дон
Цимлянское водохранилище состояние и рыбные запасы
Подписаться на:
Сообщения (Atom)