Особенности эвтрофирования водоема-охладителя атомных электростанцийБезносов В.Н., Горюнова С.В., Кацман Е.А.,

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Особенности эвтрофирования водоема-охладителя атомных электростанций

Безносов В.Н., Горюнова С.В., Кацман Е.А.,

Кучкина М.А., Суздалева А.Л.

Аннотация

Безносов В.Н., Горюнова С.В., Кацман Е.А., Кучкина М.А., Суздалева А.Л. Особенности эвтрофирования водоема-охладителя АЭС // Актуальные проблемы экологии и природопользования. Сборник научных трудов Российского университета дружбы народов. Вып.5. Ч.2. Экологические исследования природно-техногенных систем. М.: Изд. РУДН, 2004. С.176-186. эвтрофирование экологический водоем электростанция

Развитие процесса эвтрофирования и его экологические последствия имеют в водоемах-охладителях ряд особенностей. Работа системы технического водоснабжения АЭС маскирует характерные внешние проявления эвтрофикации, характерные для природных водных объектов.

Ключевые слова: эвтрофирование водоемов-охладителей, маскировка эвтрофирования, биотехнопульверизация, Курская АЭС

Под эвтрофированием понимают повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов (ГОСТ 17.01-77) [1]. Существует мнение, что до определенного этапа процесс эвтрофикации не следует рассматривать как сугубо негативное явление [2-3]. Контролируемое увеличение продуктивности водоема в ряде случаев может быть экономически выгодно [4-5]. Однако на практике в большинстве случаев антропогенная эвтрофикация водоемов быстро достигает того уровня, когда дальнейший рост продуктивности водной экосистемы сопровождается заметным ухудшением качества водной среды. В связи с этим, в настоящее время антропогенная эвтрофикация является важнейшим фактором негативного воздействия человеческой деятельности на водные объекты. Например, в результате спровоцированных эвтрофикацией «цветений» фитопланктона вода становиться непригодной для использования в питьевых и хозяйственных целях, происходит обеднение качественного и количественного состава водной фауны [3, 6].

Особую актуальность проблема эвтрофирования приобретает в водоемах-охладителях атомных и тепловых электростанций. С одной стороны эти водные объекты постоянно испытывают воздействия обширного комплекса антропогенных факторов [7]. Помимо химического эвтрофирования, обусловленного загрязнением воды стоками, содержащими соединения азота и фосфора, водоемы-охладители подвержены так называемому термическому эвтрофированию. Последнее заключается в повышение содержания в воде биогенов, вследствие ускорения их оборота в водоеме при повышенной температуре [8-9]. Использование глубинных водозаборов на энергетических объектах приводит к еще одному виду эвтрофикации - дестратификационной эвтрофикации [10-11]. Таким образом, угроза эвтрофирования для водоемов-охладителей значительно выше, чем для других водных объектов.

С другой стороны, именно в водоемах-охладителях процессы эвтрофикации могут нанести максимальный экономический ущерб. Цветения фитопланктона и зарастание высшей водной растительностью являются одними из основных причин возникновения биопомех [12-13] в работе АЭС и даже могут стать причиной возникновения чрезвычайной ситуации в системе ее водоснабжения [14].

Не вызывает сомнений, что ценность экологических исследований существенно возрастает в том случае, если получение результатов, характеризующих последствия антропогенных воздействий предшествует по времени тому моменту, когда эти процессы достигнут масштабов, при которых эти последствия станут уже очевидными. В связи с этим, весьма важным представляется изучение механизмов эвтрофирования с целью диагностики этих явлений на ранних стадиях развития и своевременного принятия мер, направленных на их предотвращение.

Целью нашей работы являлось исследование процесса антропогенного эвтрофирования в водоеме-охладителе АЭС. Материалом для нее послужили результаты многолетних исследований, проведенных на водоеме-охладителе Курской АЭС в 1989-2002 гг.

В большинстве водоемов об эвтрофировании свидетельствует следующий комплекс характерных признаков [3, 15]:

1) снижение уровня кислородного насыщения воды и нарастание дефицита кислорода в его придонных слоях;

2) повышенный уровень концентрации минерального азота, в первую очередь за счет его аммонийной формы и общего фосфора;

3) повышение содержания органического вещества в водной толще (рост перманганатной окисляемости).

4)увеличение численности и биомассы нефотосинтезирующих микроорганизмов (в первую очередь повышение общей численности бактерий (ОЧБ) численности сапрофитных бактерий (ЧСБ));

5)изменение качественных и количественных показателей развития фитопланктона: в массовом количестве появляются формы, характерные для эвтрофных и загрязненных водоемов, происходит многократное увеличение максимальных и средних показателей биомассы фитопланктона и изменение комплекса ведущих и доминирующих видов фитопланктона, «цветение» воды за счет синезеленых водорослей.

6) изменение качественного состава, количественных показателей и пространственного распределения макрофитов.

Однако, как свидетельствует анализ наших данных, в отличие от большинства других водных объектов, в водоемах-охладителях часть этих признаков может длительное время не проявляться или их изменение не может служить показателем эвтрофирования вод. Поэтому ранние стадии процесса эвтрофирования проходят незаметно, но затем в какой-то момент последствия эвтрофикации принимают «залповый» характер, в кратчайший срок вызывая стремительное ухудшение условий и создавая, таким образом, угрозу возникновения чрезвычайной экологической ситуации в водоеме и техногенной чрезвычайной ситуации в системе водоснабжения АЭС. Именно таким образом развивались события в исследуемом водоеме.

Формальная оценка результатов, полученных к настоящему времени, приводит к достаточно противоречивым выводам. Ряд показателей свидетельствует о «залповой» эвтрофикации водоема-охладителя в 2001-2002 гг., тогда как значения других параметров не характерны для столь интенсивно эвтрофируемых вод. Трудности в оценке экологического состояния водоема-охладителя традиционными методами в данном случае обусловлены рядом специфических особенностей, свойственных этой категории природно-техногенных объектов [7]. В связи с этим, рассмотрим динамику факторов, обычно использующихся для диагностики эвтрофируемых водных объектов, по отдельности.

1. Снижение уровня кислородного насыщения воды и нарастание дефицита кислорода в его придонных слоях. Одним из последствий работы системы технического водоснабжения АЭС является аэрация вод и интенсификация процессов их перемешивания. Насыщение воды кислородом в водоемах-охладителях, несмотря на подогрев воды, как правило, находится на достаточно высоком уровне [16]. На этом фоне ухудшение кислородного режима, связанное с эвтрофированием (точнее с интенсификацией процессов окисления органического вещества в воде), проявиться на большинстве участков не может. В этом отношении показательны следующие факты. В ряде случаев в водоемы-охладители из источников их подпитки поступали очень загрязненные воды. Аэрация и перемешивание вод в водоеме-охладителе приводила к значительному улучшению качества вод, в частности улучшению их кислородного режима. Известны даже случаи, когда сброс подогретых вод предотвращал полную гибель организмов на загрязненных участках водоема. Например, подогретые воды Ворошиловоградской ГРЭС (Украина) сбрасываются в р.Северный Донец. На участке реки, расположенном выше электростанции, в отдельные периоды макрозообентос практически отсутствовал, вследствие сброса в эту реку большого количества промышленных стоков [17]. Вместе с тем ниже по течению, в зоне сброса подогретых вод ГРЭС была обнаружена достаточно разнообразная донная фауна. В связи с этим, некоторые авторы рассматривали водоемы-охладители как своеобразные «биологические пруды», в которых происходит аэрация и очистка поступающих в них вод [18-19]. Подобное очищение загрязненных речных вод ранее отмечалось и при поступлении их в водоем-охладитель Курской АЭС [20]. Однако следует отметить, что высказывалось и почти противоположное мнение [21]: в водоемах, сильно загрязненных стоками органических веществ, а также богатых автохтонным органическим веществом (следствие эвтрофирования), повышенная интенсивность минерализации органического вещества может привести к резким колебаниям в содержании растворенного кислорода и тем самым ухудшить их санитарно-химический режим.

Таким образом, насыщение воды кислородом как показатель для оценки эвтрофирования в водоемах-охладителях не применим. Исключением могут являться только периферические водные массы водоема-охладителя, не вовлекающиеся в систему водоснабжения АЭС. В водоеме-охладителе КАЭС таким участком является залив Голубой лог. По данным августовской и ноябрьской съемок 2002г. здесь отмечалось значительно более низкое содержание растворенного кислорода, чем в других участках акватории, соответственно 48,4% и 51,7%. В совокупности с другими гидрохимическими показателями это в данном случае, действительно, указывает на эвтрофирование.

Другой показатель эвтрофирования, также связанный с кислородным режимом, - это «нарастание дефицита кислорода в придонных слоях». Его использование в водоемах-охладителях также может привести к искаженной оценке. Сброс подогретых вод в поверхностный слой водоема вызывает искусственное увеличение продолжительности летней стратификации и даже подавление сезонной конвекции. Для обозначения этих явлений нами были предложены термины «термотехногенная стратификация» и «термотехногенная меромиксия» [22]. В результате в придонных слоях, расположенных под потоком подогретых вод, в ряде случаев наблюдается нарастание дефицита кислорода. Например, в ранее исследованном водоеме-охладителе Смоленской АЭС содержание кислорода в придонных слоях опускалось до аналитического нуля [23]. Однако насколько это обусловлено эвтрофированием водоема, а насколько подавлением процессов конвекции, в данном случае сказать нельзя. Следовательно, использование этого показателя для оценки эвтрофирования также невозможно.

2 Уровень концентрации минерального азота, в первую очередь за счет его аммонийной формы и общего фосфора. Во многих случаях изменение значений этих параметров является основным доказательством эвтрофирования водоема. Достаточно часто по повышению концентрации биогенов в определенной части акватории можно установить и источник эвтрофирования. Однако в водоемах-охладителях характер распределения загрязнителей (в том числе и биогенов, поступающих в водоем) весьма специфичен [7] и отличается от такового в других типах водоемов. Это связано с тем, что в водоемах-охладителях с оборотной системой основная часть водной массы движется по более или менее замкнутому кругу. В результате попадающие в воду вещества равномерно распределяются по всей водной массе циркуляционного течения. Поскольку, объем этой водной массы весьма велик, зафиксировать в ней достоверное увеличение концентрации загрязнителей можно только тогда, когда процесс загрязнения достиг очень больших масштабов. Интерпретация данных по содержанию биогенов усложняется еще двумя обстоятельствами:

1) биогенные элементы являются весьма мобильным компонентом водной среды. Они быстро утилизируются фотосинтезирующими растениями. Этому способствует и высокая подвижность вод циркуляционного течения. Следует также учитывать и то, что в водоемах-охладителях подогрев вод приводит к значительному увеличению вегетационного периода на части акватории. Как уже указывалось выше, одним из наиболее показательных параметров является содержание аммонийного азота. В большинстве водоемов это связано помимо прочего с тем, что их эвтрофирование происходит на фоне ухудшения кислородного режима. Но в водоемах-охладителях подогрев воды, сопровождающийся ее интенсивной аэрацией, способствует не накоплению аммиачных соединений, а напротив их окислению до нитратов. Сильный подогрев воды вызывает снижение концентрации иона аммония за счет испарения аммиака;

2) подогрев воды ускоряет круговорот биогенных элементов, в результате чего их концентрация в сбросных водах АЭС может повышаться, даже при отсутствии поступления в воду каких-либо стоков [24]. Как показали проведенные нами исследования явлений термической эвтрофикации [9], наиболее значительное увеличение содержания в сбросных водах АЭС минеральных форм биогенных элементов происходит в моменты поступления на водозабор, вод загрязненных органической взвесью и частицами грунта из необогреваемых участков акватории. В этих случаях при формальной оценке результатов источником эвтрофирования можно считать АЭС. Для установления же истинного, первоначального источника эвтрофирования необходимо проанализировать качество вод, поступающих в систему технического водоснабжения, и выяснить факторы его определяющие. Так, если загрязнение вод, поступающих на водозабор, органической взвесью происходит за счет бытовых стоков с территории населенного пункта, то источником эвтрофирования является не АЭС, а этот населенный пункт. Если же повышение содержание биогенов вызвано попаданием в систему вод с частицами грунта в результате производства дноуглубительных работ, то истинная причина эвтрофирования также не работа АЭС, а дноуглубительные работы. Очевидно, что в обоих приведенных выше примерах для прекращения эвтрофирования следует не только контролировать содержание биогенов в сбросных водах АЭС, а разрабатывать соответствующие мероприятия по контролю за дноуглубительными работами и поступлением в водоем бытовых стоков.

Таким образом, в отличие от большинства других водоемов, судить об эвтрофикации водоемов-охладителей по изменению концентраций аммонийного азота и фосфатов нужно с большой осторожностью, учитывая рассмотренные выше специфические особенности этих водных объектов.

3. Повышение содержания органического вещества в водной толще (рост перманганатной окисляемости). Значения перманганатной и бихроматной окисляемости в различных участках акватории водоема-охладителя КАЭС представлены в таблице 1.

Анализ имеющихся данных позволяет сделать три заключения.

1) В течение всего периода исследований наблюдается постепенный рост значений перманганатной окисляемости, особенно усилившийся в последнее время;

2) Источником интенсивного загрязнения водоема-охладителя легкоокисляемым органическим веществом является поступление стоков промливневой канализации г. Курчатов и смыв с городской территории (об этом свидетельствуют результаты по заливу Голубой лог, окруженному городской застройкой.

При этом, следует еще раз обратить внимание на то, что для распространения органического загрязнения по акватории водоема-охладителя КАЭС, полностью справедливы ранее приведенные суждения о специфике распределения и других компонентов водной среды. Поступающие с городскими стоками органические вещества в результате процессов внутреннего водообмена попадают в водную массу циркуляционного течения и быстро разносятся по значительной части акватории.

Таблица 1 Значения перманганатной окисляемости (мгО/л) в водоеме-охладителе КАЭС в 1989-2002 гг.

3) В 2002 г. содержание органического вещества в воде (по данным ПО) значительно возросло. Органическое вещество в водоемах имеет два различных источника своего происхождения: аллохтонное органическое вещество, поступающее в водоем извне (в частности, с городскими стоками); автохтонное органическое вещество, синтезируемое в самом водоеме. В соответствии с этим, объяснить повышение ПО в водоеме-охладителе КАЭС можно двумя основными причинами. Первая из них _ загрязнение водоема стоками из прибрежной зоны и, возможно, из р. Сейм. На эти источники поступления аллохтонной органики уже указывалось в предшествующие годы [20]. Однако наблюдающееся увеличение окисляемости за счет загрязнения водоема-охладителя органическими стоками могло бы произойти только в случае каких-то очень больших по объему сбросов в него сточных вод. Подобные события нами не зафиксированы. Возникновение таких ситуаций в период между съемками также маловероятно, в противном случае это отразилось бы на составе организмов (например, наблюдалось бы массовое развитие организмов-полисапробов).

Вторая возможная причина увеличения ПО - увеличение количества автохтонного органического вещества. Эвтрофикация водных объектов всегда сопровождается ростом первичной продукции (продукции фотосинтезирующих растений) и, как следствие, значительным увеличением в воде содержания растворенного органического вещества за счет прижизненных выделений водных растений и продуктов их разложения. Учитывая данные по макрофитам (которые будут рассмотренные ниже), можно прийти к заключению, что эта причина в настоящее время является более вероятной. Следовательно, увеличение значений ПО на большинстве участков акватории в 2002 г. можно рассматривать как признак эвтрофикации водоема-охладителя.

4. Увеличение численности и биомассы нефотосинтезирующих микроорганизмов. Наиболее показательны в этом отношении гетеротрофные бактерии (сапрофиты). В эвтрофируемых водоемах их численность в большинстве случаев заметно повышается. Однако в водоемах-охладителях этот показатель для оценки экологического состояния среды во многих случаях не применим [7]. Увеличение общей численности бактериопланктона и численности гетеротрофных бактерий на участках циркуляционного течения в основном обусловливается не повышением в среде содержания органического вещества, как в других водоемах, а обусловлено разносом по акватории большого количества бактериальных клеток, смытых из мощных биообрастаний, образующихся на внутренней поверхности теплообменников (так называемой «биотехнопульверизацией» микроорганизмов [25]). Следовательно, в большинстве участков акватории показатели ОЧБ и ЧСБ для оценки процессов эвтрофикации также неприменимы.

5. Изменение качественных и количественных показателей развития фитопланктона. (В массовом количестве появляются формы, характерные для эвтрофных и загрязненных водоемов, происходит многократное увеличение максимальных и средних показателей биомассы фитопланктона и изменение комплекса ведущих и доминирующих видов фитопланктона, «цветение» воды за счет синезеленых водорослей). Эти признаки наиболее часто используются как свидетельство эвтрофирования водоемов озерного и водохранилищного типов.

Однако в водоеме-охладителе КАЭС подобных явлений не в настоящее время не наблюдается. Биомасса фитопланктона остается на относительно низком уровне (табл. 2). Каких-либо форм, характерных для эвтрофных и сильно загрязненных водоемов в массовом количестве также не обнаружено.

Таблица 2 Биомасса фитопланктона (мг/л) в водоеме-охладителе КАЭС в весенне-летние периоды 2000-2002 гг.

Продукция фитопланктона в летний период 2002г. также находилась на относительно низком уровне, не характерном для интенсивно эвтрофируемых водоемов - 0,16 - 1,87 мг С/л/сут.

Оценивая эвтрофирование по изменениям в качественном и количественном составе фитопланктона, следует учитывать также и то, что условия для «цветения» синезелеными водорослями в водоемах-охладителях менее благоприятны, чем в других водоемах. Развитие синезеленых водорослей тормозится интенсивным перемешиванием воды. Развитие синезеленых подавляет также сильный подогрев воды в районе сброса АЭС [26]. Вместе с тем, в первые годы существования водоема-охладителя КАЭС (1976-1977 гг.) мощные цветения синезеленых в нем наблюдались [27]. Это было связано с мощной эвтрофикацией вод в результате выщелачивания биогенов из затопленных грунтов. Вспышкам развития планктонных водорослей, вероятно, способствовало также слабое развитие макрофитов в этот период. В последующие годы цветение воды прекратилось. Этот факт указывает на то, что при дальнейшей эвтрофикации водоема-охладителя, цветения синезеленых водорослей здесь исключить все же нельзя.

6. Изменение качественного состава, количественных показателей и пространственного распределения макрофитов. В настоящее время эти последствия эвтрофирования водоема-охладителя КАЭС наиболее заметны. Результаты, полученные при обработке проб, отобранных в летний период 2002 г. свидетельствуют о том, что на ряде участков наблюдаются характерные признаки эвтрофирования вод. Прежде всего, на это указывает бурное развитие зеленых нитчатых водорослей в прибрежной зоне (Cladophora spp., Enteromorpha spp.). Местами увеличилась биомасса высшей водной растительности: рдеста гребенчатого (Potamogeton pectinatus L.) и, в особенности, роголистника (Ceratophyllum demersum L.). Возросла и площадь сплошных зарослей. Особенно заметны эти явления на участках акватории, прилегающей к территории городской застройки. Следовательно, можно предположить, что эти участки подвержены наиболее сильному эвтрофированию, источником которого является стоки и поверхностный смыв с городской территории.

В конце июня 2002 г. заросли нитчатки образовали широкую полосу (на ряде участков шириной несколько десятков метром). В некоторых местах это чистые заросли нитчатых водорослей. Но на большинстве участков между пятнами нитчаток встречаются другие виды погруженной растительности: рдест гребенчатый (Potamogeton pectinatus L.), рдест блестящий (P. lucens L.), рдест пронзеннолистный (P. perfoliatus L.), уруть колосистая (Myriophyllum spicatum L.), роголистник погруженный (Ceratophyllum demersum L.). Сейчас еще нельзя определить, насколько устойчивы эти образования, и можно ли рассматривать эти виды в качестве постоянных компонентов растительных ассоциаций; возможно, - это погибающие растения и данные виды в дальнейшем будут полностью вытеснены нитчатками. Состояние других видов погруженной растительности в зоне массового развития нитчаток весьма различно. Возможно, что на некоторых участках прибрежной зоны доминирование нитчатых водорослей носит сугубо временный характер. В таком случае эти заросли следует рассматривать как ассоциации, принадлежащие к другим формациям водной растительности - урути, рдестов и др. Уточнить это можно только в ходе дальнейших многолетних наблюдений. Проективное покрытие в формации нитчаток в большинстве случаев колеблется от 50 до 100 %, биомасса достигает 10-12 кг сырого веса/м2.

Основным изменением характера высшей водной растительности в августе 2002 г. являлось бурное развитие роголистника на ряде участков. На мелководье роголистник образовал отдельные скопления с проективным покрытием 100% и биомассой до 12 кг/м2. Сплошная масса растений здесь заполняла все пространство от дна до поверхности. Такие скопления отмечены в августе 2002 г. вдоль берега, прилегающего к территории г. Курчатов и в некоторых других районах. На большинстве этих участков роголистник из субдоминантного вида или даже компонента растительной ассоциации превратился в доминирующий вид.

В целом, исследования, проведенные на водоеме-охладителе КАЭС, в последние два года показали, что наиболее распространенной формацией водной растительности пока является формация рдеста гребенчатого. Скорее всего, преобладание данной формации обусловлено геоморфологическими особенностями водоема-охладителя КАЭС. В.А. Экзерцевым и Л.А. Лисициной [28] при исследовании Иваньковского водохранилища (водоем-охладитель Конаковской ГРЭС) было выделено несколько типов зарастания прибрежной зоны в зависимости от гидрологических и грунтовых условий. Один из них - открытая литораль, подверженная интенсивному прибою, с песчаными грунтами. Для такого биотопа характерны биоценозы с доминированием рдеста гребенчатого. Это связано с тем, что данный вид в силу своих морфологических особенностей хорошо переносит воздействие прибоя и, в отличие от других форм погруженной растительности, способен в подобных условиях создавать устойчивые сообщества. Именно этот биотоп преобладает на большинстве участков акватории водоема-охладителя КАЭС.

По нашим наблюдениям возникновение на прибойных участках фитоценозов рдеста гребенчатого при последующей эвтрофикации создает здесь условия для развития нитчатых водорослей и роголистника. Без скоплений рдеста эти формы были бы выкинуты на берег во время прибоя. Такие явления и наблюдались летом 2001-2002 гг. на ряде участков прибрежной зоны, где на берегу образовывались большие скопления из гниющих нитчатых водорослей, продукты разложения которых, несомненно, являются источником вторичного загрязнения водоема-охладителя. Таким образом, на этой фазе эвтрофирования рдест гребенчатый является видом-эдификатором, создающим условия для развития форм растительности, характерных для зон интенсивной эвтрофикации.

В этой связи необходимо обратить внимание на следующее обстоятельство. Наиболее серьезные биопомехи в работе системы технического водоснабжения АЭС создает не устойчивый к воздействию прибоя рдест гребенчатый, а слабо прикрепляющиеся или незакрепленные формы погруженной растительности (нитчатые водоросли, роголистник). Однако рдест, в зарослях которого данные виды в значительной мере защищены от воздействия прибоя, создает условия для их массового развития. В разгар периода вегетации нитчатки и, отчасти роголистник, подавляют развитие рдеста, вызывают отмирание его побегов. Отмершие части рдеста отрываются и вместе с нитчатками уносятся циркуляционным течением к водозабору АЭС, становясь, таким образом, дополнительным источником биопомех. Следовательно, одним их направлений борьбы с биопомехами может являться уничтожение зарослей рдеста гребенчатого в начале периода вегетации. Хотя, конечно подобные мероприятия должны рассматриваться только как дополнительные, нацеленные на ликвидацию сиюминутных последствий эвтрофирования. Основным направлением борьбы должно являться выявление источников эвтрофирования водоема-охладителя и их ликвидация.

Следует особо подчеркнуть, что развитие нитчаток и роголистника нельзя рассматривать исключительно как негативное явление. В отсутствии развития этих видов в прибрежной зоне загрязненных участков, последствия эвтрофикация водоема-охладителя могли носить иной и, возможно, даже худший характер (например, мощные цветения синезеленых водорослей).

В процессе своего развития погруженная водная растительность ассимилирует в течение вегетационного периода колоссальные количества азота и фосфора [29]. При этом, если тростник и рогоз получают азот и фосфор преимущественно из донных отложений, то роголистник и нитчатые водоросли почти полностью извлекают эти элементы из воды. Таким образом, они являются конкурентами фитопланктона и существенно тормозят его развитие.

В какой-то мере прибрежный пояс из незакрепленных быстроразвивающихся погруженных макрофитов можно рассматривать как своеобразный фильтр, задерживающий основную часть биогенов, поступающих в результате загрязнения с берега. Поэтому, следует еще раз обратить внимание на то, что уничтожение прибрежных зарослей макрофитов, не должно являться основой стратегии борьбы с биопомехами, а может рассматриваться только как тактическое мероприятие, улучшающее водоснабжение АЭС в конкретный момент времени.

В заключение раздела остановимся еще на одной проблеме, имеющей на наш взгляд принципиальное значение в анализе последствий эвтрофирования водоемов-охладителей. Гидрохимические и гидробиологические исследования на водоеме-охладителе КАЭС проводятся уже более двух десятилетий [20, 27, 30]. Уже давно были установлены факты загрязнения водоема-охладителя, в том числе и биогенными элементами. Однако ощутимые последствия эвтрофирования водоема стали сильно ощущаться только в последние годы. Возникает ряд закономерных вопросов: связано ли это с изменением характера антропогенной нагрузки на водную экосистему? Если это так, то в чем эти изменения заключаются? Почему они возникли на данном этапе? Ответы на эти вопросы имеют принципиальное значение. Только зная причины явлений можно разрабатывать меры, направленные на их предотвращение. В противном случае это борьбы не с болезнью, а с ее симптомами.

Каких-либо данных, свидетельствующих об резких изменениях характера и уровня антропогенной нагрузки на водоем-охладитель в последние годы, нам установить не удалось.

Однако уже сейчас, основываясь на учете особенностей структуры природно-техногенных систем водоемов-охладителей, можно сделать некоторые достаточно обоснованные предположения. Как уже указывалось ранее, в водоемах-охладителях с оборотной системой вода движется по более или менее замкнутому кругу, в результате чего попадающие в воду вещества довольно быстро равномерно распределяются по всей водной массе циркуляционного течения.

В данном случае анализ загрязнения водоема-охладителя не может основываться только на результатах сравнительных измерений параметров в точках предполагаемого эвтрофирования и соседних участках акватории, а должен учитывать особенности структуры водных масс и тренды содержания агентов загрязнения во всей водной массе циркуляционных вод. В противном случае возможно проведение сравнения между двумя участками двигающейся по замкнутой траектории одной и той же водной массы, в пределах которой условия распределяются относительно равномерно. При этом, учитывая большой объем этой массы, зафиксировать наличие даже весьма интенсивного загрязнения биогенами можно только в том случае, если оно уже достигло очень больших масштабов.

Вероятно, именно рассмотренный выше механизм распределения компонентов водной среды, обусловил «незаметность» первых этапов эвтрофирования. Еще в 1989-1995 гг. на участках акватории, прилегающих к г.Курчатов (залив Голубой лог; районы выхода городских промливневок) были отмечены характерные признаки интенсивного загрязнения (табл. 1). Скорее всего, загрязнение водоема-охладителя со стороны г.Курчатов происходило и до 1989 г. В водоеме озерно-водохранилищного типа в подобной ситуации вдоль этих участков побережья быстро сформировалась бы зона повышенной сапробности с характерными признаками эвтрофирования (изменение характера прибрежной растительности, массовое развитие специфических видов водных беспозвоночных и др.). В водоеме-охладителе этого не наблюдалось, поскольку, поступающие в прибрежную зону загрязнители в результате интенсивных процессов внутреннего водообмена быстро распределялись по всему водному объему, и их повышенная концентрация на участках загрязнения не была устойчивой или не достигала пороговых значений.

Быстрому перераспределению, поступающих в воду биогенов и «маскировке» проявлений процессов эвтрофирования способствовал еще ряд факторов:

1. Геоморфологические особенности водоема-охладителя КАЭС. Этот водоем имеет округлые очертания, изолированные участки, где могли накапливаться биогены (и, соответственно, возникать эвтрофицированные участки) почти отсутствуют.

2. Интенсификация процессов самоочищения и аэрация вод, обусловленная работой системы технического водоснабжения АЭС. Биогенные элементы являются весьма мобильными компонентами водной среды, их дополнительные количества, поступающие в воду, быстро поглощаются водными растениями. Однако интенсивность процесса химического эвтрофирования эти факторы не снижают (валовое содержание биогенов в водной экосистеме не изменяется), а лишь до определенного момента маскируют последствия эвтрофикации.

Но в определенный момент времени, общее содержание биогенов в водоеме-охладителе достигает некоторого критического значения, после которого результаты его эвтрофирования становятся заметными. Исходя из изложенных выше суждений, можно априорно предположить, что проявление эвтрофикации будет в данном случае отличаться двумя особенностями:

1) быстротечностью изменений;

2) явления эвтрофирования будут наблюдаться не только в районе поступления загрязнителей, а почти по всей акватории.

Если не учитывать специфику структуры водоемов-охладителей, то на основании этих двух характеристик можно сделать ложный вывод о залповом и очень мощном эвтрофировании водоема в данный момент времени (настолько мощным, чтобы в кратчайший срок распространиться на всю акваторию). В реальности же эвтрофикация водоема-охладителя продолжалась достаточно долго, а интенсивность самого процесса могла быть относительно постоянной.

По нашему мнению, именно последний сценарий и разыгрывается в водоеме-охладителе КАЭС. Об этом, в частности, свидетельствуют данные об интенсивном загрязнении водоема в предшествующие годы с городской территории, рыбхоза и из р. Сейм [30, 31], а также то, что интенсификация зарастания водоема в настоящее время происходит не только около предполагаемых источников эвтрофирования, а в той или иной степени наблюдается почти по всей акватории.

Изложенные в статье суждения, по-видимому, справедливы и при оценке эвтрофирования других категорий природно-техногенных водных объектов, особенностью которых также является искусственная интенсификация гидродинамических процессов. Например, интенсивная аэрация вод и биотехнопульверизация микроорганизмов происходит при прохождении вод через агрегаты ГЭС и ПЭС, гидротехнических узлов и мелиоративных систем.

Выводы

1. В природно-техногенных водных системах с искусственно интенсифицированным внутренним водообменом (внутренней техногенной проточностью), к которым, в частности, относятся водоемы-охладители, процессы эвтрофирования могут достаточно длительное время не проявляться.

2. Увеличение численности бактериопланктона и количества гетеротрофных бактерий в водоемах-охладителях не может служить надежным индикатором эвтрофирования вод. Эти показатели в природно-техногенных водных системах определяются не уровнем продукционно-деструкционных процессов, а в значительной степени зависят от интенсивности биотехнопульверизации микроорганизмов из перифитона технических агрегатов.

3. Не смотря на то, что ранние стадии процесса эвтрофирования в водоемах-охладителях проходят незаметно, в какой-то момент последствия эвтрофикации принимают «залповый» характер, в кратчайший срок вызывая стремительное ухудшение условий и создавая, таким образом, угрозу возникновения чрезвычайной экологической ситуации в водоеме и техногенной чрезвычайной ситуации в системе водоснабжения АЭС.

4. Для ситуации, наблюдающейся на этапе заметных последствий эвтрофирования характерно:

1) быстротечность видимых изменений;

2) явления эвтрофирования наблюдаются не только в районе поступления загрязнителей, а по всей акватории.

Однако подобная картина не свидетельствует о мощном загрязнении водоема в предшествующий момент времени, а может являться результатом длительного и постепенного загрязнения вод.

5. В развитии чрезвычайной ситуации в системе водоснабжения АЭС, связанной с эвтрофированием водоема-охладителя, можно выделить следующие этапы:

- постепенное и малозаметное изменение экологического состояния водоема в условиях постоянной и избыточной антропогенной нагрузки (антропогенно-напряженная фаза развития чрезвычайной экологической ситуации (ЧЭС) - см. статью Горюнова, Безносов - наст. сборник);

- биологическая чрезвычайная ситуация, заключающаяся в бурном развитии оппортунистических видов макрофитов. Это явление свидетельствует о разрушении структурно-функциональной организации водной экосистемы и может рассматриваться как кризисная фаза развития ЧЭС;

- дальнейшее эвтрофирование водоема-охладителя может привести к значительному ухудшению его экологического состояния (катастрофическая фаза ЧЭС и фаза собственно ЧЭС). Такая ситуация будет наблюдаться в том случае когда природно-техногенная система уже не будет в состоянии противостоять нарастающему ухудшению качества среды (в результате вторичного загрязнения, накопления в водоеме органического вещества и др.);

- чрезвычайная техногенная ситуация (ЧТС) в системе технического водоснабжения АЭС, когда биопомехи и ухудшение качества вод достигают уровня при котором нормальная работа системы невозможна. При этом приостановка работы системы водоснабжения (например, для периодической очистки теплообменной аппаратуры от неорганических и органических отложений) на этом этапе будет еще более интенсифицировать процесс ухудшения экологического состояния водоема (развития ЧЭС) вследствие снижения аэрации вод и интенсивности гидродинамических процессов.

Литература

1.Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. 637 с.

2. Сиренко Л. А. Экологические последствия эвтрофирования континентальных водоемов и возможные методы его регулирования. // Водные ресурсы. 1979. №1. С. 164-175.

3. Сиренко Л.А. Эвтрофирование континентальных водоемов и некоторые задачи по его контролю. // Научные основы контроля качества вод по гидробиологическим показателям. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. С.137-153.

4. Кабанова Ю.Г., Доманов М.М. Некоторые особенности удобрения морских вод для марикультуры. // Экология фауны и флоры прибрежных зон океана. М.: Изд. ИО АН СССР, 1985. С.93-100.

5. Суздалева А.Л., Безносов В.Н., Горюнова С.В., Пшеничный Б.П. Оценка влияния глубинных водозаборов электростанций на биологическую продуктивность морских экосистем. // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 1998/1999. №3. С.52-57.

6. Сиренко Л. А. Основные факторы естественного и антропогенного эвтрофирования водохранилищ и его последствия. // Водные ресурсы. 1979. № 4. С.15-30.

7. Суздалева А.Л. Структура и экологическое состояние природно-техногенных систем водоемов-охладителей АЭС. // Автореф. дисс. … доктора биол. наук. М.: МГУ, 2002. 53 с.

8. Веригин Б.В. О явлении термического евтрофирования водоемов. // Гидробиологический журнал. 1977. Т. 13. №5. С.98-105.

9. Безносов В.Н., Кучкина М.А., Суздалева А.Л. Исследование процесса термического евтрофирования в водоемах-охладителях АЭС. // Водные ресурсы. 2002. Т.29. №5. С.610-615.

10. Безносов В.Н. Экологические последствия нарушения стратификации моря. // Диссертация …. доктора биологических наук. М.: МГУ, 2000в. 444с.

11. Безносов В.Н., Суздалева А.Л., Горюнова С.В. Дестратификационное загрязнение среды. // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 1998/1999. №3. С.85-90.

12. Афанасьев С.А. Биологические помехи в водоснабжении электростанций. // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наукова думка, 1991. С.160-171.

13. Попов А.В., Суздалева А.Л., Горюнова С.В., Безносов В.Н. Экологические механизмы возникновения биологических помех в системах технического водоснабжения АЭС и ТЭС // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». 2001. №5. С.73-79.

14. Горюнова С.В., Попов А.В., Суздалева А.Л., Безносов В.Н. Чрезвычайные экологические и биологические ситуации в техногенных водных экосистемах // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Сельскохозяйственные науки». 2002. №8. С.10-16.

15. Кузнецов С.И., Романенко В.И. Роль микробиологических процессов в эвтрофировании водоемов. // Антропогенное эвтрофирование водоемов. Черноголовка: 1974. С. 11-12.

16. Кошелева С.И. Формирование гидрохимического режима. // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наукова думка, 1991. С. 24-48.

17. Кафтанникова О.Г. Зообентос. // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наукова думка, 1991. С.93-110.

18. Наталюк Н.Т., Шиманский Б.А. Гидрохимический режим водохранилища-охладителя Добротворской ГРЭС и р.Западный Буг. // Гидрохимия и гидробиология водоемов-охладителей тепловых электростанций СССР. Киев: Наукова думка, 1971. С.85-95.

19. Топачевский А.В., Пидгайко М.Л. Цели и задачи гидробиологического исследования водоемов-охладителей тепловых электростанций. // Гидрохимия и гидробиология водоемов-охладителей тепловых электростанций СССР. Киев: Наукова думка, 1971. С.6-10.

20. Васенко А.Г., Егоров Ю.А., Леонов С.В., Лунгу М.Л., Румянцева Е.А., Старко Н.В., Суздалева А.Л., Чекалин Б.С. Ретроспективный анализ и оценка современного состояния среды обитания гидробионтов водоема-охладителя Курской АЭС. // Экология регионов атомных станций. 1995. Вып. 4. С.104-141.

21. Коненко А.Д., Абремская С.И., Кутовенко В.М. Характеристика гидрохимического режима водоемов-охладителей ГРЭС Украины. // Гидрохимия и гидробиология водоемов-охладителей тепловых электростанций СССР. Киев: Наукова думка, 1971. С.57-73.

22. Безносов В.Н., Суздалева А.Л. Воздействие антропогенных нарушений режима стратификации вод на гидробионтов. // Тез. докл. VIII съезда Гидробиол. об-ва РАН. Т.2. Калининград: 2001. С.106-107.

23. Суздалева А.Л., Безносов В.Н., Лихачева Н.Е., Карташева Н.В. Экологические последствия изменения режима стратификации Десногорского водохранилища. // Водные экосистемы и организмы-2. Мат. научн. конф. Москва: МАКС Пресс, 2000. С.81.

24.Суздалева А.Л. Влияние подогрева вод в системе охлаждения АЭС на концентрацию биогенных элементов. // Природообустройство сельскохозяйственных территорий. Сб. материалов научно-техн. конф. М.: МГУП, 2001. С.34-36.

25. Суздалева А.Л. Воздействие сброса вод из систем охлаждения АЭС на планктон водоемов. // Инженерная экология. 2001. №4. С.51-57.

26. Виноградская Т.А. Фитопланктон. // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наукова думка, 1991. С.57-77.

27. Безносов В.Н., Васенко А.Г., Егоров Ю.А., Леонов С.В., Лунгу М.Л., Побединский Н.А., Румянцева Е.А., Старко Н.В., Суздалева А.Л., Чекалин Б.С. Ретроспективный анализ и характеристика современного состояния гидробиоценозов водоема-охладителя Курской АЭС и рек Сейм и Реут. // Экология регионов атомных станций. 1995. Вып. 4. С.142-196.

28. Экзерцев В.А., Лисицина Л.И. Растительность нижнего плеса Иваньковского водохранилища и влияние на нее подогретых вод Конаковской ГРЭС. // Труды ИБВВ АН СССР. 1975. Вып. 27(30). С.198-210.

29. Ярошенко М.Ф. Макрофиты. // Кучурганский лиман - охладитель Молдавской ГРЭС. Кишинев: Штиинца, 1973. С.40-45.

30. Бондаренко Т.А., Васенко А.Г., Игнатенко Л.Г., Лунгу М.Л., Старко Н.В. Экологические аспекты функционирования водохозяйственного комплекса при Курской АЭС. // Экология регионов атомных станций. - Вып. 2. - М.: изд. ГНИПКИИ Атомэнергопроект, 1994. С. 141-147.

31. Суздалева А.Л., Побединский Н.А. Основные результаты исследования распределения бактериопланктона в водоеме-охладителе Курской АЭС. // Экология регионов атомных станций. 1996. Вып. 5. С.84-100.

Размещено на Allbest.ru