Техногенез и деградация поверхностных водных объектов

Ш территориальные стейкхолдеры, связанные с организацией совместного использования ресурсов окружающей среды (землепользования, водопользования и др.) в районе их размещения;

Ш социальные стейкхолдеры, то есть все общественные группы и отдельные лица, для которых степень благоприятности среды существования и условий жизнедеятельности зависит от деятельности организации;

Ш технологические стейкхолдеры, в число которых входят все хозяйствующие субъекты, связанные с организацией общим технологическим циклом (поставщики сырья, смежники, качество продукции и услуг которых, их «экологичность», зависят от технологий, применяемых или контролируемых регулятором);

Ш административные стейкхолдеры включают в себя всю совокупность органов исполнительной власти и местного самоуправления, осуществляющих контроль и надзор за деятельностью организации в области охраны окружающей среды и природопользования, а также за состоянием техногенных, природно-техногенных и природных объектов, расположенных в зоне ее потенциально значимого воздействия;

Ш экономические стейкхолдеры, взаимосвязь которых с организацией обусловлена риском экономических ущербов, в том числе связана с нарушениями национального и/или международного экологического законодательства (финансовые организации, инвесторы).

Зачастую анализ воздействия технических объектов на окружающую среду проводится по предельно упрощенной схеме, которая подразумевает абстрагирование его значимых экологических аспектов, при этом акцент делается на аспекты негативного характера (влияние сбросов, выбросов, шумового загрязнения и др.). В реальности любой технический объект входит в систему взаимосвязанных объектов человеческой деятельности. Он выступает в роли одного из стейкхолдеров, совокупно взаимодействующих с природной средой.

Например, характер негативного воздействия предприятия на природную среду зависит не только от используемых на нем технологий, но и от качества сырья, поставляемого технологическими стейкхолдерами. Например, состав атмосферных выбросов ТЭС зависит от того, из какого месторождения поставляется используемый на ней каменный уголь (Пронин, 2006). Не только социальные, но и экономические стейкхолдеры обуславливают необходимость модернизации производства, направленную на повышение его экологической безопасности.

Следует также обратить внимание, что наш взгляд на структурно-функциональнуюСтруктурными элементами ПТС являются все слагающие ее компоненты, включающие как различные технические объекты, так и компоненты природной среды. Функциональная организация ПТС - это вся совокупность связей (экологических, социально-экологических, производственно-экономических и др.) между ее структурными элементами. организацию ПТС несколько отличается от общепринятого. В большинстве случаев употребление термина ПТС подразумевает систему взаимодействия какого-то крупного производственного объекта с природной средой. Границами ПТС в данном случае является пространство, в пределах которого прямое воздействие этого объекта достигает значимого уровня, т.е. согласно определению, приведенному в разделе 1.1, может рассматриваться как «зона техногенеза», обусловленного его деятельностью.

Таким образом, мы считаем, что более адекватным является анализ ПТС как системы, в которой с природной средой взаимодействует вся совокупность технических объектов (территориальных стейкхолдеров), размещенных в пределах определенного участка земной поверхности. Однако функционирование некоторых из них способно целенаправленно изменять экологическую ситуацию и/или обеспечивать ее стабилизацию в приемлемом диапазоне флуктуаций. Подобные объекты можно обозначить термином «экологические регуляторы», а ПТС, которые они регулируют, термином «управляемые ПТС». Границами ПТС в этом случае является пространство, в пределах которого экологический регулятор способен оказывать значимое влияние на экологическую ситуацию. Данный участок территории (акватории) также может рассматриваться как зона техногенеза технического объекта, выполняющего функцию экологического регулятора. Однако при ее выделении акцент делается на позитивные аспекты техногенеза.

Примером действующих экологических регуляторов являются гидротехнические сооружения (ГТС) среднего и крупного масштабов, а также гидроэнергетические комплексы (Федоров, Суздалева, 2014). Они защищают от неблагоприятных воздействий внешней среды (наводнений, засух) другие группы объектов-стейкхолдеров (территориальных и социальных).

На региональном уровне аналогичные регуляторные функции могут выполняться ирригационными и гидромелиоративными системами. Потенциально создание крупномасштабных управляемых ПТС возможно на основе различных видов производственной деятельности, связанных с подъемом глубинных вод Мирового океана, так называемыми «искусственными апвеллингами»). С их помощью можно регулировать не только биопродуктивность морских экосистем и хозяйств марикультуры (Безносов, 2000), но и изменять мезо- и макроклиматические условия (Безносов, 1998; Безносов, Суздалева, 2000а). Таким образом, формирование управляемых ПТС возможно на основе самых различных производственных объектов.

Результативность экологических регуляторов может целенаправленно повышаться путем их «экологической оптимизации», под которой подразумевается повышение значимости позитивных экологических аспектов организации (производственного объекта), при одновременном снижении негативныхВ контексте управляемых ПТС «экологическую оптимизацию» можно рассматривать и как повышение роли позитивных аспектов техногенеза.. Ранее концептуальные принципы и возможности экологической оптимизации была рассмотрены на примере объектов гидроэнергетики (Усачев и др., 2009; Суздалева и др., 2010/2011).

Экологическая оптимизация отчасти может осуществляться путем реконструкции действующих инженерно-технических сооружений или изменения режима их работы. В области гидроэнергетики такая деятельность в форме отдельных мероприятий, так называемых «нерестовых попусков», «экологических попусков» осуществляется уже достаточно давно (Раткович и др., 2003; Троицкий, 2003; 2006; Безносов и др., 2007а). Но приоритетное значение имеет разработка способов экологической оптимизации на стадии проектирования новых объектов. В случае с объектами гидроэнергетики уже на современном этапе их природоохранные и средозащитные функцииПриродоохранная функция объекта гидроэнергетики (ГТС) реализуется в форме целенаправленных мероприятий по сохранению (улучшению состояния) природной среды и ее отдельных компонентов, проводимых силами и средствами его собственника (или организации, осуществляющей его эксплуатацию). Под средозащитной функцией объектов гидроэнергетики мы понимаем все аспекты их эксплуатации, прямо или косвенно способствующие снижению риска нанесения ущерба окружающей среде в результате негативного воздействия природных и техногенных факторов, а также снижения размеров этого ущерба. становятся частью проектного замысла. Следует отметить, что подобное видение проблемы полностью соответствует положениям международных стандартов, наиболее полно отраженных в Руководствах МФК (Руководства…, 2012).

В качестве особого вида экологических регуляторов следует выделить устройства, сооружения и инженерно-технические системы, специально создаваемые для экологической мелиорации окружающей среды. На современном этапе на их основе создаются только мелкомасштабные ПТС. Их примером могут служить различные способы инженерно-экологического обустройства городских водных объектов и рекреационных зон (Безносов и др., 2007в; Суздалева и др., 2012). Сюда же можно отнести и искусственные рифы, создаваемые с целью улучшения состояния акваторий.

Таким образом, управляемые ПТС можно условно разделить на две категории:

ь специализированные - спроектированные с целью регулирования и/или улучшения экологической ситуации;

ь оптимизационные - созданные в результате экологической оптимизации существующих инженерно-технических систем, сооружений и объектов.

Несмотря на планируемый позитивный эффект, формирование любых управляемых ПТС сопровождается значимым техногенезом окружающей среды. Пусть даже он протекает в наиболее «мягких» видах (природоустроительный, санационный, рекреационный техногенез). Даже в наиболее удачных случаях эта деятельность не подразумевает восстановление природных условий в первозданном виде, в том числе и ранее существовавших естественных экосистем. Ее основные цели заключаются в создании искусственно поддерживаемых условий, благоприятных для жизни человека и позволяющих сохранять биоразнообразие органического мира.

В связи с этим следует подчеркнуть, что мы рассматриваем создание управляемых ПТС не как отказ от традиционных форм охраны природы, а как альтернативное решение экологических проблем, которые можно рекомендовать только в тех случаях, когда иные способы недейственны и отсутствие эффективных мер неминуемо вызовет деградацию окружающей среды.

Непременным условием работы системы устойчивого функционирования регулятора управляемых ПТС является экономическая обоснованность данной деятельности, то есть определение финансовых источников, покрывающих затраты. В случае со специализированными управляемыми ПТС - это затратные мероприятия, окупаемость которых определяется их непосредственной востребованностью населением (социальными стейкхолдерами). Это может быть плата за посещение рекреационных объектов или финансирование из муниципального бюджета. Именно по этой причине создание крупномасштабных управляемых ПТС такого рода в современных условиях нереально.

Экономическая обоснованность функционирования регуляторов в оптимизационных управляемых ПТС определяется факторами, непосредственно не связанными с решением экологических проблем. Например, рентабельность ГЭС определяется экономическими показателями производства электроэнергии. Вместе с тем, экологическая оптимизация таких регуляторов требует дополнительного финансирования. Наиболее приемлемой формой решения данной проблемы является скоординированное использование государственного и добровольного экологического страхования, с привлечением частных компаний (Федоров, Суздалева, 2014). Это подразумевает идентификацию территориальных стейкхолдеров, входящих в управляемую ПТС, и установление степени их зависимостиДанная зависимость проявляется как снижение риска от неблагоприятных воздействий внешней среды для каждого конкретного стейкхолдера. от эффективной работы экологического регулятора.

Повышение экологической эффективностиЭкологическая эффективность - связь между достигнутым экологическим результатом и использованными ресурсами (ГОСТ Р 14.12-2006 «Экологический менеджмент. Интегрирование экологических аспектов в проектирование и разработку продукции», пункт 3.14). и увеличение масштабов управляемых ПТС должно осуществляться путем последовательного создания иерархической системы регуляторов, что подразумевает их взаимодействие и совокупную экологическую оптимизацию. Наглядным примером является необходимость координации попусков на ГЭС, размещенных в крупном речном бассейне, части которого входят в зону юрисдикции различных стран. Иерархический принцип также должен распространяться и на случаи, когда отдельные регуляторы представлены различными по своему назначению объектами. Особенно это важно, когда зоны их регулирования перекрываются в пространстве или регуляторы способны заменять (дополнять) друг друга. Примером могут являться объекты гидроэнергетики и связанные с ними гидромелиоративные системы, а также крупномасштабные объекты по опреснению морской воды.

II. ТЕХНОГЕНЕЗ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

2.1 Отличительные черты, основные формы и экологические механизмы техногенеза водных объектов

Прежде чем перейти к анализу отдельных проявлений техногенеза водных объектов и оценке их экологических последствий, следует рассмотреть некоторые общие (концептуальные) черты этих процессов, характерные для современного этапа развития человеческой цивилизации.

Отличительными чертами техногенеза водных объектов в настоящее время являются:

v Техногенез водных объектов стал непременным условием развития социально-экономической структуры общества. Техногенное изменение водоемов и водотоков практиковалось еще в древности, но в большинстве случаев водопользование осуществлялось без их трансформации. В настоящее же время трудно представить себе экономику какой-либо страны, которая могла бы развиваться без дальнейшего техногенеза своих водных объектов. Этот процесс носит многоплановый характер и практически неизбежен. Рост населения и производства обусловливает рост водопотребления. Его удовлетворение возможно только путем техногенеза водных объектов: строительства все новых водохранилищ, перераспределения стока и др. Кроме того, водные объекты используются как транзитные и очистные системы для отходов (Данилов-Данильян, Лосев, 2006). Глобальный сброс сточных вод составляет величину порядка 2000 км3. Поэтому, даже в том гипотетическом случае, когда водопотребление удается стабилизировать, техногенез водных объектов будет неминуемо осуществляться для их защиты от избыточной антропогенной нагрузки, оказываемой извне. Для обозначения этого вида техногенеза, приобретающего все большее значение, ранее, в разделе 1.4, нами был предложен термин «природообустройственный техногенез».

v Техногенез водных объектов все больше становится составной частью крупномасштабного (регионального и/или глобального) процесса техногенеза окружающей среды. Причинно-следственные связи данного процесса усложняются. Установить границы зоны техногенеза отдельного объекта становиться все труднее. Зачастую деятельность, вызывающая трансформацию водного объекта, осуществляется на значительном удалении от него. Отличительной чертой современного техногенеза является его распространение на открытые части морских водоемов. В предшествующие эпохи техногенез затрагивал лишь небольшие прибрежные акватории. Так, зарегулирование стока рек, впадающих в Черное море, привело не только к превращению их самих в регулируемые ПТС, но и спровоцировало изменение структуры водных масс и гидрохимического режима моря (Виноградов, 1987), то есть, по сути, привело к его техногенезу.

v Современный техногенез в большинстве случае носит комплексный характер, то есть осуществляется при одновременном воздействии на водный объект нескольких разнородных факторов и/или при воздействии с несколькими различными целями. Например, превращение участка береговой линии в порт, как правило, включает не только изменение береговой линии и рельефа дна, но также и принципиальное изменение гидрологического режима. Кроме того, практически неизбежным является повышение уровня загрязненности вод.

v Характерной чертой также является социальная направленность техногенеза водных объектов. Это связано с тем, что, в отличие от этапа индустриального техногенеза, в настоящее время все большее значение приобретает экологический имидж осуществляемой деятельности. Если он носит ярко выраженный негативный характер, протесты общественности рано или поздно приведут к ужесточению контроля и, как следствие, неминуемым финансовым потерям (Суздалева и др., 2006). Все люди являются водопотребителями и в какой-то мере водопользователями. Поэтому техногенез водных объектов воспринимается населением особенно остро. Для избежания конфликтных ситуаций хозяйствующие субъекты, деятельность которых непосредственно связана с использованием водных ресурсов, стремятся включить в планы, связанные с техногенезом водных объектов, социально ориентированные мероприятия. Например, проекты ПЭС предусматривают возможность развития хозяйств марикультуры в защищенных от морского прибоя акваториях за их плотинами (Безносов и др., 2009). При возведении современных российских ГЭС, помимо строительства основных сооружений и организации водохранилища, предусматривается обустройство ООПТ, что также является разновидностью природообустройственного техногенеза. Такие объекты созданы в районах размещения Саяно-Шушенской, Бурейской и некоторых других ГЭС. Данная черта современного техногенеза водных объектов носит неоднозначный и, отчасти, противоречивый характер. С одной стороны, эти меры являются вынужденными и, в конечном счете, их истинная цель - обеспечение финансовой выгоды. Поэтому более правильно было бы обозначить этот процесс не как «социально направленный техногенез водных объектов», а как «техногенез с включением мер по повышению экологического имиджа вызывающей его деятельности». По этой причине весьма важна оценка и контроль результативности этих мер. В противном случае они превращаются в чисто декларативные заявления. С другой стороны, необходимость осуществления социально-ориентированных мероприятий при техногенезе водных объектов - это основная мотивация создания управляемых ПТС, способных сохранить благоприятную среду обитания. С этой точки зрения эффективные действия в данном направлении нуждаются в поддержке научной общественности.

v Принципиальным отличием современного техногенеза является то, что в настоящее время, благодаря ему, происходит не только трансформация отдельных водных объектов, а постепенное изменение структуры гидросферы в целом. Данный процесс имеет две составляющие. Во-первых, это возможные изменения океанической циркуляции и водности речных систем, связанные с глобальными климатическими изменениями. Вопрос о природе этих явлений, то есть степени их техногенности, остается дискуссионным, а прогнозирование последствий носит скорее гипотетический характер. По этим причинам в монографии общетеоретические вопросы, касающиеся данной темы, не обсуждаются, анализируются лишь ее отдельные аспекты, уже ставшие фактором, оказывающим значимое воздействие на состояние и характер эксплуатации водных объектов. Во-вторых, изменение структуры гидросферы происходит путем изменения состава и характера пространственного размещения слагающих ее элементов в ходе осуществляемых или планируемых конкретных видов деятельности. Их примером является переброска стока крупных рек, искусственное нарушение режима стратификации водоемов и др. Этим процессам в монографии, напротив, уделено значительное внимание.

Многоплановость использования ресурсов гидросферы и разнообразие технологий деятельности, применяемых в ходе реализации данной цели, порождают многообразие форм и экологических механизмов техногенеза.

Под формой техногенезаВ то время как вид техногенеза, характеризует одну из сторон данного процесса. мы понимаем общую картину внешнего проявления данного процесса. С этой точки зрения все многообразие наблюдаемых явлений можно свести к следующим основным формам:

v Прямой неконтролируемый техногенез водных объектов в большинстве случаев проявляется как совокупность различных видов спонтанно оказываемых на них техногенных воздействий. Примерами данной формы техногенеза является самовольное хозяйственное освоение прибрежной зоны, в том числе несанкционированный сброс в водные объекты загрязнителей, бытовое загрязнение и засорение водных объектов без принятия природоохранных мер.

v Дистанционный техногенез водных объектов - изменение состояния водного объекта под воздействием факторов, формирующихся на значительном удалении от него в ходе деятельности, не связанной с эксплуатацией водного объекта. К данной форме техногенеза относятся такие разнородные явления как урбанизация водосборных бассейнов, выпадение кислотных дождей (Моисеенко, 2003). Сюда же можно отнести и все случаи трансформации водных объектов, обусловленные техногенными изменениями нормы осадков, а также других климатических условий, связанных с развитием парникового эффекта. Эта форма техногенеза в современных условиях также не контролируется.

v Сопутствующий техногенез водных объектов - трансформация водного объекта, происходящая в ходе осуществляемой в нем деятельности, в непосредственные цели которой не входит его изменение. Примером может служить техногенез акватории, прилегающей к участкам подводной добычи полезных ископаемых или крупномасштабных хозяйств морской аквакультуры (марикультуры).

v Целенаправленный техногенез - преднамеренная трансформация водного объекта, осуществляемая по определенному плану (проекту, программе) с целью использования его ресурсов. Характерным примером данной формы техногенеза является организация водохранилищ ГЭС и зарегулирование стока рек. На современном этапе данная форма техногенеза в отношении водных объектов крупного и среднего масштабов, как правило, контролируется.

Адаптируя определение, данное в п. 7.2.2.3 ГОСТ Р ИСО 14050-2009ГОСТ Р ИСО 14050-2009 Менеджмент окружающей среды. Словарь., применительно к рассматриваемому случаю, мы под термином «экологический механизм техногенеза» подразумеваем систему техногенных воздействий, а также физических, химических и биологических процессов, определяющих совокупное воздействие на состояние водного объекта и динамику его изменения.

В качестве основных экологических механизмов техногенеза мы рассматриваем:

v Деградационный механизм техногенеза водного объекта сопровождается утратой его рыбохозяйственного, водохозяйственного, рекреационного и видеоэкологического потенциалов, а также снижением биоразнообразия водной биоты. Подобный экологический механизм заключается не только в негативном техногенном воздействии, но и в провоцировании им различных внутриводоемных процессов, в т.ч. и биологических. Например, широко распространен следующий экологический механизм данного вида техногенеза: эвтрофирование водного объекта стоками промышленного предприятия вызывает «цветение вод», отравление гидробионтов экзометаболитами водорослей и продуктами их разложения, и как следствие - последующие заморы рыб.

v Модифицирующий механизм техногенеза подразумевает искусственное создание условий, благоприятных для развития определенных групп организмов или даже обусловливающих саму возможность их существованияНапример, теплолюбивые виды вселенцы, обитающие в водоемах-охладителях АЭС, и гибнущие в периоды понижения температуры, обусловленной изменением режима работы электростанции (Коткин, 2012). Практически всегда это приводит к значимым изменениям ранее существовавшей экосистемы. Но, в отличие от предшествующего механизма, эти процессы не вызывают экологической деградации водного объекта. Примером могут служить как различные мероприятия по интродукции различных видов «полезных» для эксплуатации водных объектов (растительноядные рыбы и др.), так и многочисленные непреднамеренные биологические инвазии, спровоцированные технической деятельностью человека.

v Креативный механизм техногенеза заключается в создании новых водных объектов, многие из которых впоследствии превращаются в природно-техногенные, обладающие высокопродуктивной экосистемой с высоким биоразнообразием. Их примеры мы уже приводили, рассматривая креативный техногенез как один из видов данного процесса (см. разд. 1.4). Креативный экологический механизм бывает двух различных видов: спонтанный, когда заселение биотой созданного водного объекта происходит самопроизвольно и контролируемый (управляемый). В последнем случае формирование биоты нового водного объекта происходит по определенной схеме и преследует конкретные цели.

v Поддерживающий механизм техногенеза, основанный на создании и работе системы инженерно-экологического обустройства, позволяющей сохранять (поддерживать) благополучное экологическое состояниеПод сохранением благополучного состояния в данном случае, прежде всего, подразумевается соответствие состояния данного объекта требованиям санитарных норм, сохранение водохозяйственного и рекреационного потенциалов, а не восстановление ранее существовавшей в нем экосистемы. конкретного водного объекта, в том числе участка морской акваторииСогласно статье 5 (п.2) Водного кодекса РФ, в качестве водного объекта может рассматриваться отдельная часть морского водоема (например, залив).. Поддерживающий экологический механизм техногенеза наиболее характерен для обустроенных городских водных объектов рекреационного назначения (Безносов и др., 2007в).

v Управляющий механизм техногенеза - включение водного объекта в качестве компонента в управляемую ПТС (см. разд. 1.5). В отличие от «поддерживающего механизма», управление состоянием водного объекта осуществляется не его собственной системой инженерно-экологического обустройства или не только ей, а регулятором ПТС. Примером управляющего экологического механизма техногенеза могут служить некоторые современные речные системы, регулируемые каскадами ГЭС, с учетом природоохранных задач (Троицкий, 2003; 2006; Безносов и др., 2007а).

2.2 Экологическая мелиорация водных объектов и основные виды их инженерно-экологического обустройства

Поддерживающий, управляющий и управляемый креативный механизмы техногенеза подразумевают осуществление специальных мер, преследующих целью контролирование экологического состояния водного объекта, его сохранение на приемлемом уровне или улучшение. В совокупности применяющиеся для этого различные способы получили название «экологическая мелиорация» (от лат. «мелиоратио» - улучшение) водного объекта. Разновидностью экологической мелиорации является «экологическая реабилитация», под которой подразумевается восстановление деградировавших водных объектов. Как правило, это осуществляется путем их санационного техногенеза. В ряде случаев экологическая мелиорация (экологическая реабилитация) подразумевает мероприятия по экологической реанимации, т.е. «оживление» водного объекта путем вселения и акклиматизации в нем определенного набора организмов. При этом биота реанимированных водоемов по своему составу может принципиально отличаться от их первоначального населения. Например, при восстановлении малых городских водных объектов в них часто вселяются виды водных растений и животных, не характерные для данного региона.

Экологическая мелиорация водных объектов может осуществляться в форме:

? природообустройственного или санационного техногенеза. Для обозначения данной деятельности используется обобщающий термин «инженерно-экологическое обустройство водных объектов» (Безносов и др., 2004; Суздалева, Горюнова, 2004), включающий широкий спектр различных методов, которые объединяет то, что по своей сути все они представляют не что иное как целенаправленный техногенез;

? биомелиорации, то есть улучшения состояния водных объектов путем искусственного разведения в них или вселения определенных организмов (путем биотического техногенеза) В ГОСТ 17.1.1.01 -77 «Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения» (пункт 51) под биомелиорацией (биологической мелиорацией водного объекта) понимается улучшение состояния водного объекта при помощи биологических мероприятий. Содержание этих мероприятий не раскрывается, в связи с чем возможно и более шировое толкование данногот термина.;

? креативного техногенеза водного объекта, заключающегося в планомерном создании нового экологически благополучного водного объекта.

v Природообустройственный техногенез занимает доминирующее положение и реализуется в виде инженерно-экологического обустройства водных объектов, то есть решения экологических проблем с помощью инженерно-технических средств. Среди широкого спектра использующихся методов можно выделить несколько основных видов (Суздалева, 2005; Безносов и др., 2007в)Очевидно, что не все из перечисленных методов направлены на экологическую мелиорацию водных объектов. Для некоторых из них эта задача носит второстепенный, побочный характер. Ликвидация нежелательных водных объектов и техногенных водных скоплений в ряде случаев может рассматриваться как мероприятие по экологической мелиорации территории.:

Ш охрана - осуществление инженерно-технических мероприятий, обеспечивающих соблюдение установленного регламента хозяйственной деятельности на водных объектах. Например, это организация водоохранных зон и создание системы контроля за соблюдением их режима;

Ш защита - научно обоснованные инженерно-технические решения, позволяющие изолировать, локализовать источник и/или снизить уровень воздействия неблагоприятного фактора (загрязнения, истощения, подтопления и др.). К числу таких мер можно отнести строительство очистных сооружений поверхностного стока, инженерно-экологическое обустройство различных объектов в прибрежной зоне водоема и его водосборного бассейна, представляющих собой реальные или потенциальные источники ухудшения качества водной среды (свалки, кладбища и т. п.);

Ш изоляция - инженерное обустройство водного объекта или техногенного скопления вод (см. разд. 2.3), исключающее или ограничивающее доступ к нему населения. В отличие от «защиты», которая осуществляется для снижения негативного воздействия на водный объект, целью «изоляции» является недопущение (ограничение) контакта людей с водами, представляющими угрозу для их здоровья. В данном случае объектом инженерно-экологического обустройства является не только (или даже не сколько) сам водоем, а территория, на которой он расположен. Наиболее распространенным случаем изоляции является заключение в подземные водоводы загрязненных городских рек (или их участков);

Ш кондиционирование, которое можно также назвать технической мелиорацией водных объектов, то есть использование различных устройств и сооружений для улучшения и поддержания качества их вод. Современный арсенал способов кондиционирования вод весьма широк. В качестве примеров можно упомянуть использование разнообразных аэраторов (Рябов, Сиренко, 1982; Хендерсон-Селлерс, 1987), использование для мелиорации водной среды искусственных апвеллингов и даунвеллингов (Безносов и др., 1999; Пшеничный, Безносов, 2006), создание систем искусственной циркуляции и очистки вод (Волшаник и др., 2003);

Ш консервация - комплекс инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение облика водного объекта, существующего в данный момент времени. Этот вид деятельности включает меры по поддержанию санитарно-гигиенических показателей и профилактический ремонт гидротехнических сооружений, обеспечивающий существование данного объекта (плотин, шлюзов и др.). Консервация может применяться в случаях, когда улучшение состояния водного объекта невозможно или нецелесообразно по экономическим или социальным причинам;

Ш реставрация - деятельность, целью которой является придание водному объекту облика, свойственного ему в конкретную историческую эпоху. Реставрация может осуществляться только при условии наличия исторических документов, подтверждающих архитектурно-композиционный облик водного объекта. В отличие от реабилитации, реставрация включает работы по восстановлению строений, гидротехнических сооружений, элементов паркового дизайна, формирующих исторический облик данного водоема. Как правило, этот вид инженерно-экологического обустройства применяется к небольшим водным объектам;

Ш реконструкция - инженерные мероприятия, целью которых является приспособление водного объекта к современным условиям с сохранением его исторических или мемориально-ценных элементов. Реконструкция применяется в двух случаях. Во-первых, для обустройства частично или плохо сохранившихся исторически ценных водных объектов, когда достаточно обоснованные архивные документы, детально описывающие их облик в прошлые эпохи, отсутствуют. В этом случае при выполнении реконструктивных работ допускается использование аналогов. Во-вторых, проведение реконструкции водного объекта бывает необходимо тогда, когда условия, сформировавшиеся на окружающей его территории, делают невозможным его дальнейшее существование без проведения специальных инженерно-технических мероприятий. К числу последних можно отнести, например, подпитку водных объектов из системы городского водоснабжения, организацию искусственной циркуляции и др.;

Ш ликвидация - комплекс инженерно-технических мероприятий, целью которых является уничтожение нежелательного водного объекта (техногенного скопления вод). Решение о ликвидации водоемов или водотоков обычно принимается в двух случаях: необходимость использования участка его размещения под строительствоНа современном этапе ликвидации по этой причине подлежат не только небольшие водоемы, попавшие в черту городской застройки, но и прибрежные участки рек и морей, засыпаемые под строительство. или опасность существования данного объекта с санитарно-эпидемиологической точки зрения (Горюнова и др., 2007).

Подобное разделение видов инженерно-экологического обустройства во многом носит условный характер. На практике обычно используется комплекс решений, представляющих собой комбинацию различных способов.

v Методы биомелиорации водных объектов также достаточно разнообразны. Они основаны, главным образом, на двух различных биологических процессах:

? способности водных организмов извлекать из воды и аккумулировать в своем теле различные загрязнители;

? использование одних организмов для уничтожения (или контроля численности) других нежелательных организмов, которые служат им пищей.

В качестве основных направлений биомелиорации водных объектов следует указать:

Ш создание по пути водных потоков защитных барьеров из зарослей высшей водной растительности, задерживающих значительную часть загрязнителей и эвтрофикантов (Морозов, 2001);

Ш акклиматизация растительноядных рыб, снижающих последствия эвтрофикации водных объектов (главным образом, их зарастание высшей водной растительностью);

Ш организация объектов санитарной и санационнойРазличие санационной и санитарной аквакультуры заключается в том, что цель первого из этих мероприятий - закономерное улучшение качества вод до приемлемого уровня. Целью санитарной аквакультуры является поддерживание качества водной среды на определенном (приемлемом, благополучном) уровне. По этой причине возможно двустадийная биомелиорация, на первом этапе которой организуется санационная аквакультура, на последующем этапе - санитарная (Калугина-Гутник, 1985). С точки зрения рассматриваемой нами проблемы эти мероприятия являются примером «санационного техногенеза» (см. разд. 1.3), а в дальнейшем - примером «поддерживающего механизма техногенеза». аквакультуры водорослей и животных-фильтраторов с целью изъятия из воды растворенных и взвешенных загрязняющих агентов;

Ш строительство искусственных рифов, выполняющих функции «живых фильтров», благодаря доминированию в них организмов-фильтраторов.

Таким образом, по сути, биомелиоративные мероприятия являются процессами биотического санационного и природообустройственного техногенеза.

v Креативный техногенез водного объекта может рассматриваться как одно из направлений экологической мелиорации только тогда, когда единственным возможным путем является ликвидация существовавшего водного объекта и последующее создание на этом же участке нового водного объекта. Необходимость подобных решений возникает в следующих случаях:

Ш Водный объект находится на финальной стадии экологической деградации и его восстановление без временной ликвидации практически невозможно. Примером могут являться некоторые водоемы, располагавшиеся в промышленных зонах развитых стран. Их осушали, извлекали и вывозили сильно загрязненные донные отложения, затем осуществлялась многократная промывка ложа. После этого котловина заполнялась водой (зачастую из другого источника, чем у ранее существовавшего водного объекта). Экологическая реанимация нового водоема производилась теми же методами, что и формирование любого другого нового водоема, то есть наблюдался экологический механизм управляемого креативного техногенеза.

Ш Задачей является экологическая мелиорация отдельного участка водного объекта, восстановление которого в целом невозможно. Например, в нашей практике присутствовал случай, когда на территории природно-исторического объекта (музей-заповедник «Коломенское») необходимо было восстановить небольшой сохранившийся участок городской реки, остальная часть которой протекает по подземным трубопроводам и выполняет функции городской ливневой канализации. Единственно возможным путем решения проблемы в подобной ситуации является создание так называемого «имитационного водоема» (Безносов и др., 2007в). Подлежащий обустройству участок реки изолируется от водотока, частью которого он был (в нашем случае это было осуществлено отводом вод реки на очистные сооружения). Осушенный участок русла был очищен и промыт, после чего заполнен водой из городского водопровода. Течение воды в созданном имитационном водоеме поддерживается системой искусственной циркуляции. Стекающая по уклону вода по скрытым трубопроводам вновь закачивается на верхний участок. Экологическая реанимация и в этом варианте осуществляется так же, как и в новых водных объектах, создаваемых в рекреационных целях.

В настоящее время подобные проекты еще не имеют обобщающей научной базы, для разработки которой потребуется формирование новой научной дисциплины, которую можно было бы назвать «конструкционной экологией». Ее предмет - закономерности конструирования природно-техногенных компонентов окружающей среды с заданными свойствами, в т.ч. создание управляемых ПТС. Следует отметить, что востребованность данного направления и его предмет в настоящее время уже выходят за рамки инженерно-экологического обустройства водных объектов. Например, в городах на участках полностью уничтоженного почвенного покрова осуществляются попытки создать так называемые конструктоземы (Строганова и др., 1997). В отличие от мероприятий по рекультивации почв, в данном случае искусственно создается весь почвенный профиль, состоящий из нескольких горизонтов, способный выполнять роль экологически полноценной почвы в условиях современного мегаполиса.

2.3 Природно-техногенные, техногенные водные объекты и техногенные скопления вод

Результатом техногенеза гидросферы являются природно-техногенные и техногенные водные объекты. Адаптация определений терминов «природно-антропогенный объект» и «антропогенный объект», приведенных в статье 1 ФЗ «Об охране окружающей среды», позволяет сформулировать смысл этих понятий следующим образом:

Ш «природно-техногенный водный объект» - водный объект, измененный в результате хозяйственной и иной деятельности, и (или) водный объект, созданный человеком, обладающий свойствами природного водного объекта и имеющий рекреационное и защитное значение»;

Ш «техногенный водный объект» - водный объект, созданный человеком для обеспечения его социальных потребностей и не обладающий свойствами природных водных объектов».

Однако, как показал опыт практической работы, эти формулировки нуждаются в некотором уточнении. Во-первых, при работе с небольшим водоемом нередко возникает вопрос, следует ли считать его водным объектом или нет? Как ни парадоксально это звучит, данная проблема весьма важна при решении многих производственных и хозяйственных задач. Согласно определению, данному в статье 1 (п.4) ВК РФВодный кодекс РФ от 03.06.2006 г.; 74-ФЗ.: «водный объект - природный или искусственный водоем, водоток либо иной объект, постоянное или временное сосредоточение вод в котором имеет характерные формы и признаки водного режима». Закономерно возникает вопрос: где, например, проходит граница между большой лужей, периодически образующейся в углублении рельефа, и водным объектом? Ведь «водный режим», по определению, содержащемуся в п.5 той же статьи ВК РФ, - это «изменение во времени уровня, расхода и объема воды в водном объекте». В результате, если небольшой пруд не имеет статуса водного объекта, то при разработке проектной документации или работах по благоустройству территории он может быть ликвидирован. Если же он имеет подобный статус - то такие действия противозаконны. Решение данного вопроса основывается на факте внесения водоема в Водный кадастр.

Следует отметить также и то, что существование некоторых техногенных водных объектов, возникших в ходе различных видов деятельности, впоследствии может стать нежелательным (Горюнова и др., 2007). Они могут представлять собой угрозу для здоровья и жизни людей, как непосредственно, так и как источники инфекционных заболеваний. Для разрешения этой терминологической и эколого-правовой проблемы мы предлагаем ввести дополнительное понятие «техногенное скопление вод», понимая под ним временное или постоянное сосредоточение вод, прямо или косвенно образовавшееся в результате деятельности человека и не имеющее официального статуса водного объекта. Подобные скопления образуются как побочные явления. Например, небольшие по размерам, но весьма многочисленные скопления вод и заболоченные участки, образующиеся у железнодорожных и автомобильных насыпей, задерживающих сток дождевых и талых вод. К данной категории также можно отнести заброшенные и заполненные водой котлованы, самовольно организованные дренажные канавы, бассейны и даже затопленные подвалы. Техногенные скопления вод сами по себе не являются результатом техногенеза водных объектов, как и искусственно созданные природно-техногенные водные объекты, но, вместе с тем, они способны оказывать значимое влияние на этот процесс. Большинство техногенных скоплений вод так или иначе связано с водоемами и водотоками, а также с процессом формирования подземных вод. Например, временная задержка воды в лужах, образующихся на асфальтобетонных городских покрытиях, может существенно повлиять на гидрохимические и микробиологические характеристики поверхностного стока, сбрасываемого в реки (Митяева, 2012).

III. ПРОЦЕСС ТЕХНОГЕНЕЗА КОНТИНЕТАЛЬНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

3.1 Основные причины техногенеза, его проявления и тенденции развития

Существует две основных группы континентальных поверхностных водных объектов, имеющих приоритетное значение в жизни человека и в наибольшей степени подверженные процессам техногенеза - это водотоки (реки, ручьи, каналы) и водоемы (озера, пруды, обводненные карьеры, водохранилища)Согласно статье 5 ВК РФ, выделяется еще три самостоятельных группы континентальных поверхностных водных объектов: болота, выходы подземных вод (родники, гейзеры), а также ледники и снежники. Они также подвержены процессам техногенеза. Например, некоторые гейзеры подвергаются целенаправленному рекреационному техногенезу (Суздалева и др., 2010). Кроме того, все эти объекты связаны с водотоками и водоемами. Исследование закономерностей их техногенеза, вне всякого сомнения, весьма актуально. Однако, в силу меньшей изученности и ограниченности объема работы, в настоящей монографии эти вопросы не рассматриваются.. Техногенез этих континентальных водных объектов может быть как прямым, так и косвенным.

Экологический механизм прямого неконтролируемого техногенеза практически всегда деградационный (табл. 3.1). Как уже указывалось ранее, он проявляется в загрязнении и засорении водных объектов, а также в возникновении бесхозных гидротехнических сооружений и конструкций. К этой же категории явлений можно также отнести спонтанное и преднамеренное создание техногенных водных скоплений. Но, в данном случае, последствием является не деградация водного объекта, а экологическая деградация участка окружающей среды, где эти скопления возникают.

Таблица 3.1. Основные виды и формы проявления, экологические механизмы и тенденции развития техногенеза водных объектов

Контролируемый прямой техногенез, проявляющийся в форме как целенаправленного, так и сопутствующего техногенеза (см. разд. 2.1), осуществляется в ходе развития различных отраслей водного хозяйства, основными из которых являются (Арсеньев, 2005; Данилов-Данильян, Лосев, 2006):

? водоснабжение городов и поселков, промышленных и энергетических предприятий (тепловых и атомных электростанций);

? ирригация - использование воды для орошения земель;

? отвод сточных вод;

? гидроэнергетика - использование энергии воды для получения электроэнергии;

? водный транспорт - использование воды для судоходства и лесосплава;

? рыбное хозяйство - разведение и лов рыбы;

? организации отдыха населения (рекреаций).

Техногенез, обусловленный каждым из перечисленных направлений, имеет свою специфику. Вместе с тем, общими чертами во всех случаях являются:

Ш Санкционированное органами власти и подконтрольное им использование водных ресурсов. В результате данной деятельности, как правило, сопутствуют контролируемые и/или детерминированные виды техногенеза.

Ш Стротиельство гидротехнических сооружений и ИТС, непосредственно контактирующих с водными объектами и обусловливающих их трансформацию (в том числе строительство водозаборов, плотин, дамб, причалов, каналов, углубление дна водных объектов, спрямление русел и др.).

Ш Возможность экологической оптимизации данных сооружений и ИТС, а также использование их в качестве регуляторов управляемых ПТС (см. раздел 1.5).

Экологический механизм прямого целенаправленного и сопутствующего техногенеза, в зависимости от организации конкретной деятельности, может колебаться от деградационного (без принятия специальных мер по управлению им) до управляющего (табл. 3.1).

Косвенный техногенез континентальных водных объектов обусловлен, главным образом, техногенной трансформацией их водосборных бассейнов (урбанизацией, вырубкой лесов и др.). Другим распространенным примером являются случаи отложения наносов в нижнем течении рек, вызванные различными видами деятельности в их верховьях (углубление русел и др.). В большинстве случаев эти явления проявляются в форме дистанционного техногенеза. Экологический механизм данного вида техногенеза также деградационный. В определенной мере, как проявление косвенного дистанционного техногенеза можно рассматривать изменение объема вод, поступающих с водосборных бассейнов, связанное с развитием парникового эффекта.

На современном этапе существуют две тенденции развития техногенеза водных объектов, которые являются альтернативными.

Первая тенденция, в настоящее время преобладающая, заключается в развитии процессов техногенной экологической деградации. Эта тенденция свойственна практически всем основным формам техногенеза в том случае, если не предпринимается специальных мер, регулирующих данные процессы (табл. 3.1). В полной мере это относится и к искусственно созданным водным объектам, превратившимся в природно-техногенные. Иными словами, целенаправленный креативный техногенез водных объектов не исключает их последующей экологической деградации. Более того, подобные объекты при отсутствии специальных мер в наибольшей степени подвержены негативным изменениям.

Вторая тенденция - создание управляемых ПТС на основе экологической оптимизации гидротехнических и инженерно-технических сооружений и использования их в качестве регуляторов экологического состояния водных объектов (или в более широком понимании - участков окружающей среды в границах управляемой ПТС). Для краткости в таблице 3.1. мы обозначим ее термином «экологическая оптимизация». На современном этапе данная тенденция только зарождается и осуществляется в форме отдельных проектов, не имеющих обобщающей научной базы. Вместе с тем, необходимость развития именно по этому пути уже укрепляется в менталитете специалистов, руководителей и населения. По этой причине попыток реализовать идею управляемого экологически ориентированного техногенезаОчевидно, что словосочетание «экологически ориентированный техногенез» звучит несколько парадоксально (как и некоторые другие суждения, высказываемые в монографии) и по этой причине нуждается в пояснении. В данном случае имеется в виду учет последствий техногенеза и их оптимизация (или минимизация). По смыслу это понятие аналогично нередко использующемуся сейчас термину «экологически ориентированная технология»., как мы увидим из материалов последующих разделов, предпринималось и предпринимается достаточно много.

Таким образом, при осуществлении прямого целенаправленного или сопутствующего техногенеза практически всегда существует потенциальная возможность сознательного выбора той или иной тенденции развития экологических последствий: «экологической деградации» или «экологической оптимизации».

В случаях косвенного и стихийного техногенеза развитие процесса экологической деградацииКак будет показано в главе VI экологическая деградация водных объектов представляет собой многоступенчатый процесс, в котором можно выделить ряд этапов, на каждом из которых данный процесс может быть остановлен и предприняты соответствующие этой степени деградации меры по восстановлению благоприятной ситуации. также может быть предотвращено. Однако это осуществляется не путем экологической оптимизации вызывающих ее видов деятельности, а контролированием и/или ликвидацией последствий (например, прекращением несанкционированного засорения, очисткой дна водных объектов, демонтажом бесхозных ГТС и др.).

Рассмотреть все варианты техногенеза водных объектов в рамках настоящей работы невозможно по причине как многообразия самих этих объектов, так и видов деятельности, обусловливающих их техногенез. Поэтому мы ограничились рассмотрением некоторых наиболее распространенных и интересных случаев, которые в соответствующих разделах III и IV главы обозначены как «типовые варианты техногенеза». При анализе каждого из них особое внимание уделялось значимым аспектам техногенеза водных объектов и возможностям (перспективам) их экологической оптимизации.

3.2 Обзор типовых вариантов техногенеза континентальных водных объектов

3.2.1 Зарегулированные речные системы

3.2.1.1 Общая характеристика

На современном этапе это наиболее известный, масштабный и значимый пример целенаправленной формы техногенеза водных объектов. В настоящее время большинство водных систем зарегулировано (Данилов-Данильян, Лосев, 2006; Сухоруких, 2006). Под регулированием стока, как правило, подразумевается искусственное перераспределение естественного стока в соответствии с нуждами водопотребления и водопользования (Иванов, Неговская, 1979; Железняков и др., 1984; Савичев и др., 2009). Основными регуляторами стока служат водохранилища, создаваемые подпруживанием рек плотинами с сооружениями, осуществляющими контролируемый попуск вод.