Техногенез и деградация поверхностных водных объектов

Экстремальное понижение температуры вод обусловлено режимом эксплуатации СТВ электростанции и, следовательно, является одним из аспектов техногенеза (табл. 3.3). Экологический механизм данных явлений, также как и при экстремальном подогреве, носит двоякий характер. С одной стороны, массовая гибель организмов вызывает деградацию сложившейся экосистемы, в которой они играли значимую роль. С другой стороны, те же явления обуславливают и модифицирующий экологический механизм техногенеза - в водоеме-охладителе формируются сообщества с доминированием эвритермных форм (Безносов, Суздалева, 2001в).

Меры по недопущению понижения температуры воды, сопровождающиеся массовой гибелью тепловодной биоты этого уровня, на наш взгляд, можно рассматривать как одно из направлений экологической оптимизации работы СТВ АЭС и ТЭС.

7.Возникновение рекреационных зон (резортов). Подогрев воды создает предпосылки для использования берегов водоемов-охладителей в рекреационных целях (купания, любительского лова рыбы и др.). Особенно характерны такие образования для водоемов-охладителей АЭС, отличающихся большими размерами, богатством природных условий и меньшей загрязненностью по сравнению с водоемами-охладителями ТЭС. Участки, использующиеся для массового отдыха населения, существуют на всех исследованных нами российских АЭС (Курской, Смоленской, Калининской и др.). Они носят как организованный характер (городские пляжи «городов энергетиков»), так и возникают стихийно. В первом случае это пример целенаправленной формы техногенеза, во втором - сопутствующей. Соответственно, экологические механизмы техногенеза в данных случаях можно рассматривать как поддерживающий (состояние организованных пляжей) и модифицирующий (создание благоприятного температурного режима для купания). Для обозначения всей совокупности подобных объектов нами ранее был предложен термин «резорты» (Суздалева, Безносов, 2012; Суздалева и др., 2012). Экологическая оптимизация в данном направлении должна осуществляться в виде специальных мер по инженерно-экологическому обустройству всех резортов, в том числе изоляции водоема-охладителя от попадания в него продуктов жизнедеятельности человека. Нежелательность подобного антропогенного воздействия будет рассмотрена ниже. В данном случае в основу предпринимаемых мер должен быть положен не официальный статус резорта (организованный или неорганизованный), а экологическая оптимизация водоема-охладителя, как компонента СТВ электростанции. В соответствии с этим, планирование и осуществление данной деятельности должно возлагаться не только на санитарно-эпидемиологическую службу, но и на электростанцию, если она рассматривается как регулятор экологического (а в данном случае и социально-экологического) состояния водоема-охладителя. Подобная деятельность в той или иной степени уже практикуется на большинстве водоемов-охладителей российских АЭС, поэтому экологическая оптимизация данного аспекта техногнеза скорее должна заключаться в придании ей системного и научно-обоснованного характера.

8.«Вторичный рост» патогенных микроорганизмов во внутренних узлах СТВ и в подогреваемых участках акватории. Несмотря на свою практическую значимость, данный аспект техногенеза в настоящее время еще почти не исследован. Явление «вторичного роста», заключается в том, что искусственное повышение температуры среды создает условия для размножения бактерий, в том числе и патогенных, обычно не развивающихся в природных водоемах (Ленчина, 1991). Например, при температуре 35-40оС, которая характерна для сбросных вод АЭС и ТЭС, в теплое время года в воде размножаются бактерии тифа и паратифа, что, как правило, не имеет места в обычных водоемах умеренного пояса (Булашев и др., 1974). По нашим наблюдениям, численность условно-патогенных бактерий, «бактерий группы кишечной палочки (БГКП)», часто увеличивается в подогреваемых участках на порядок и более (Суздалева и др., 1999; 2001в; Суздалева, 2000б). Вместе с тем, пребывание воды во внутренних узлах СТВ, как правило, не превышает 1ч, что существенно меньше времени генерации бактерий (удвоения численности) в этих условиях. В связи с этим, наиболее вероятное объяснение этого явления заключается в том, что процессы «вторичного роста» происходят не только непосредственно в воде, но и в сообществах микроперифитона, сформировавшегося на внутренней поверхности агрегатов системы охлаждения во время эксплуатации АЭС. Можно предположить, что условия, формирующиеся на отдельных участках систем охлаждения, могут быть благоприятны для развития некоторых патогенных форм бактерий. Температура среды здесь в среднем составляет около 40оС, что соответствует температуре человеческого тела. Кроме того, вследствие гибели планктонных организмов, травмированных при прохождении через различные технические агрегаты, в среду поступает дополнительное количество легкоусвояемых органических веществ. По мере роста часть клеток бактерий постоянно отрывается от субстрата и выносится со сбросными водами в водоем-охладитель. Таким образом, специфика водоемов-охладителей обусловливает необходимость выработки нового подхода к оценке их санитарно-гигиенического состояния. Область контроля и санитарно-микробиологических исследований не должна ограничиваться только акваторией водоемов-охладителей.

Экологический механизм данного аспекта техногенеза следует рассматривать как деградационный, поскольку он сопровождается снижением рекреационного потенциала водоема-охладителя, а в некоторых случаях и ограничениями в использовании его рыбохозяйственного потенциала.

Основное направление экологической оптимизации в данном случае должно заключаться в разработке проектных и эксплуатационных решений, исключающих развитие патогенных организмов в СТВ. Например, по нашим наблюдениям (Суздалева, 2000), аномальное развитие БГКП в районе сброса подогретых вод нередко обусловлено тем, что вблизи участков водозабора в воды циркуляционного течения попадают стоки, характеризующиеся высоким уровнем бактериального загрязнения (например, стоки с объектов животноводства). Особую опасность представляют собой сбросы канализационных вод (например, при авариях на очистных сооружениях). Подобные события наблюдались нами на водоемах-охладителях некоторых российских АЭС. По этой причине необходимо предусматривать еще на этапе проектирования определенные меры по инженерно-экологическому обустройству (см. раздел 2.2) водоемов-охладителей, направленные на их изоляцию от попадания стоков, содержащих патогенные микроорганизмы. Необходимым также является соотвествующее инженерно-экологическое обустройство как организованных, так и стихийных резортов.

Результаты обобщенного анализа значимых аспектов техногенеза водных объектов, превращенных в водоемы-охладители АЭС и ТЭС, можно резюмировать следующим образом:

· Возникающий в процессе данного варианта техногенеза водный объект во всех случаях представляет собой управляемую ПТС. Неизбежность управления водоемом-охладителем обусловлена тем, что он является частью постоянно функционирующей технической системы (СТВ), предназначенной для обеспечения нормальной работы электростанции. В этом процессе значимую роль играет и «природная» компонента данной ПТС, от состояния которой зависит не только эффективность работы электростанции, но и ее безопасность. Эти вопросы решаются оперативно в ходе эксплуатации СТВ электростанции путем целенаправленных мер по поддержанию приемлемого экологического состояния водоема-охладителя, а также мер по подавлению развития в нем нежелательных организмов. Таким образом, в отличие от объектов гидроэнергетики, на АЭС или ТЭС, имеющих водоемы-охладители, изначально возлагают функции регулятора данной природно-технической системы (ПТС).

· Методологии управления состоянием водоема-охладителя могут быть условно разделены на две категории, цели которых принципиально различаются. Первая из них, в настоящее время доминирующая, в качестве основной цели рассматривает обеспечение нормальной работы СТВ электростанции. Экологические проблемы рассматриваются в качестве побочных эффектов. Стимулами для их решения являются необходимость соблюдения природоохранного законодательства и ухудшение условий эксплуатации технических агрегатов, возникающие вследствие жизнедеятельности обитающих в водоеме-охладителе организмов (борьба с биопомехами). В данном случае мы имеем дело с модифицирующим и поддерживающим экологическими механизмами техногенеза. Эффективность этих мер может быть повышена путем экологической оптимизации СТВ АЭС и ТЭС по ранее рассмотренным направлениям.

· Вторая методология подразумевает системный характер управления и решение экологических проблем не на основе борьбы с уже проявившимися нежелательными последствиями, а путем их своевременного прогноза и предотвращения, то есть путем идентификации и ликвидации (или минимизации) аспектов техногенеза, являющихся источниками подобных явлений. Значительная часть этих задач должна выполняться еще на этапе проектирования водоемов-охладителей. Водоемы-охладители изначально должны создаваться не как открытая часть СТВ электростанции, а как управляемая ПТС, в которой электростанция играет роль регулятора не только технико-эксплуатационных параметров, но и экологического состояния. Таким образом, это подразумевает переход от поддерживающего экологического механизма техногенеза к управляющему. В данном случае в разработке программ экологической оптимизации должен преобладать системный подход, заключающийся во взаимосвязанном решении экологических проблем по всем значимым аспектам техногенеза, возникающим в ходе эксплуатации водоемов-охладителей.

· Экосистема, формирующаяся в водоемах-охладителях при отсутствии экстремальных воздействий, характеризуется высокой биопродуктивностью (рыбохозяйственным потенциалом) и обладает рекреационным потенциалом, уровень ее биоразнообразия принципиально не отличается от водных объектов данного региона и может быть даже более высок за счет целенаправленной интродукции теплолюбивых организмов или их спонтанной инвазии.

· При проведении системной экологической оптимизации даже объекты целенаправленного и глубокогоУпотребляя данное выражение, мы хотим подчеркнуть высокую степень и многоплановость трансформации водного объекта при включении его в качестве компонента в СТВ АЭС или ТЭС. техногенеза, такие как водоемы-охладители АЭС и ТЭС, могут быть превращены в водные объекты многоцелевого пользования, состояние которых одновременно удовлетворяет технико-эксплуатационным, природоохранным и социально-экологическим требованиям.

3.2.3 Антиреки (межбассейновая и межрегиональная переброска речного стока)

3.2.3.1 Общая характеристика

Рассмотрение данного варианта техногенеза водных объектов было включено в монографию по двум причинам. Во-первых, подобные проекты изменения водных систем вызывают в настоящее время наибольшую обеспокоенность у экологической общественности и специалистов в области охраны водных ресурсов (Шикломанов, Маркова, 1987; Данилов-Данильян, Лосев, 2006). Это вполне обосновано, поскольку их реализация неминуемо приводит к значимым изменениям экологического состояния обширных территорий и даже морских бассейнов. Во-вторых, острый дефицит водных ресурсов в ряде регионов, усугубляющийся демографическими проблемами, постоянно провоцирует разработку подобных проектов. Весьма велика вероятность того, что в определенный момент острота социальных проблем и экономические выгоды перевесят доводы экологов, и крупномасштабные проекты антирек начнут осуществлятьсяСледует уточнить, что, обсуждая проблему создания антирек, мы имеем в виду только крупномасштабные проекты переброски стока, изменяющие условия обширных регионов. Аналогичные мероприятия меньшего масштаба уже давно являются весьма распространенным вариантом техногенеза водных систем, но термин «антиреки» для их обозначения не используется, заменяясь на понятия «межбассейновая переброска стока», «соединение транспортных водных путей» и т.п.. Учитывая прошлый характер освоения водных ресурсов, можно прогнозировать, что после первых прецедентов создание антирек в скором времени станет одним из распространенных вариантов техногенеза. Например, в Китае и Монголии разрабатывается ряд подобных проектов, которые, скорее всего, в ближайшем будущем будут осуществлены (Справка…, 2007; Болгов, Фролова, 2012; Говорушко, Горбатенко, 2013).. Причем некоторые из них окажут значимое влияние на водные системы РФ. Так, предусматривается переброска стока р.Аргунь, р.Керулен, р.Онон (бассейн Амура), р.Орхон (бассейн Селенги).

Как правило, в экологической литературе при обсуждении проблемы антирек рассматривается разрабатывавшийся в середине ХХ века проект переброски стока сибирских рек в Среднюю Азию. Реже упоминается другой аналогичный по масштабности проект переброски стока европейских северных рек в Каспийский бассейн (Саруханов, 1961; О влиянии…, 1967; Герарди, 1973). Один из вариантов предполагал превращение р.ПечорыВ технической литературе уже даже использовался термин «Анти-Печора» (Березнер, 1985, с. 106). в антиреку почти на всем ее протяжении (Самарин, 2009). Разрабатывался также крупномасштабный проект переброски части стока из сибирских рек Обь и Иртыш в Каспийское море путем строительства Обь-Каспийского канала (ОКК) и превращения р.Иртыш в антиреку (Колодин, 1981). Создание антирек предлагалось также для водообеспечения Днепра за счет переброски части речного стока Балтийского бассейна (Межзональное…, 1980; Березнер, 1985). В СССР все эти проекты были отклонены по природоохранным и, отчасти, по экономическим соображениям. Однако и в настоящее время обсуждение целесообразности переброски стока сибирских рек периодически возобновляется на высоком государственном уровне (Энергетика Алтая… 2012).

Среди зарубежных крупномасштабных проектов антирек следует упомянуть разрабатывавшийся в США так называемый «Северо-Американский водноэнергетический альянс» (НАВАПА) (North American Water and Power Alliance» (NAWAPA)), охватывающий огромную территорию и предполагавший перераспределения водных ресурсов речного стока США, Канады и Мексики (Kelly, 1966).

Строго говоря, переброска речного стока путем организации антирек - это весьма древний вариант техногенеза водных объектов, использовавшийся еще задолго до нашей эры (Колодин, 1981; Березнер, 1985). В странах аридной зоны археологами обнаружены следы систем межбассейновой переброски воды по каналам и тоннелям, проложенным тысячелетия назад для нужд орошения. Примером могут служить каналы Средней Азии, Месопотамии, Шри-Ланка, Индии, Китая, каналы и тоннели Армении. Современная актуальность экологических проблем организации антирек обусловлена не новизной данной идеи, а новыми возможностями для ее реализации и, следовательно, масштабностью проектов.

Авторы монографии не ставят под сомнение экологическую опасность создания антирек и, тем более, в их цели не входило пропагандирование таких проектов. Вместе с тем, в силу указанных выше причин, существует необходимость непредвзятого анализа данного варианта техногенеза. Относительно проблемы антирек существуют две практически концептуально альтернативных позиции. Суть первой из них заключается в безусловном запрещении этой деятельности. Обоснование этой точки зрения строится на оценке негативных последствий. Какие-либо решения, позволяющие снизить нежелательные воздействия, не рассматриваются. Очевидно, что в том случае, если проекты антирек будут реализовыватьсяВ расширенном смысле, который мы вкладываем в понятие «антирека» (определение данного термина будет приведено несколько позже), эта деятельность уже осуществляется во многих странах и количество подобных проектов имеет тенденцию к увеличению. ,подобная позиция подразумевает лишь их критику.

Суть второй концепции, которой придерживаются авторы монографии, подразумевает признание презумпции экологической опасностиЧто соответствует одному из базовых принципов экологического права ФЗ «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 №7-ФЗ, ст. 3. этих проектов, но, вместе с тем, учитывая вероятность их реализации, предполагает своевременную разработку методов оценки сопутствующих экологических эффектов и практических предложений по снижению негативных воздействий на окружающую среду. Необходимым является рассмотрение проектов антрирек с учетом возможностей их экологической оптимизации. Иными словами, данная концепция предполагает создание научной базы, позволяющей еще на этапе проектирования антирек по возможности минимизировать экологические ущербы. В противном случае, как показывает исторический опыт развития процессов техногенеза, эти разработки начинают осуществляться лишь после того, как негативные тенденции реализовались в полной мере. Например, подобный подход к решению экологических проблем наблюдался при крупномасштабном промышленном загрязнении водных объектов и организации гидроэнергетических каскадов на протяжении всего ХХ века.

Сложность анализа данного варианта техногенеза, помимо прочего, заключается в отсутствии общепринятого определения термина «антирека». В нормативных документах (Временные…, 1978; 1983), разработанных для оценки санитарно-гигиенических условий при планировавшемся перераспределении стока сибирских рек, указывается, что «антирека» - это «водоем с обратным течением», возникающий благодаря функционированию специальных гидротехнических сооружений. В данном документе также отмечается, что:

? антиреки могут функционировать периодически в зависимости от гидрометеорологических условий (например, в периоды паводков);

? «это явление (т.е. возникновение антиреки) наблюдается и в естественных условиях во время весеннего паводка» (разд. 4.6).

Подробная трактовка термина позволяет употреблять его в весьма широком диапазоне смысловых значений и одновременно исключает из категории антирек значительную часть проектов, осуществление которых сопровождается теми же экологическими эффектами, что и возникновение обратного течения в естественном русле водотока. Основное назначение антиреки заключается не в возникновении «обратного течения» как такового, а в переброске речного стока, в результате чего водная масса поступает в другую географическую область (бассейн, регион и т.п.). При этом объем вод, которые ранее стекали по естественному руслу, сокращается. Одновременно происходит сокращение речного стока по естественному руслу, что, собственно, и вызывает необходимость применения ко всем этим проектам термина «антирека». Именно этими процессами и обуславливаются наблюдающиеся экологические эффекты. Исходя же из приведенного выше определения, с одной стороны, антирекой можно считать кратковременное изменение движения воды на каком-то ограниченном участке реки (в т.ч. возникшее в силу естественных причин), эффект от которого не выходит за рамки локальных масштабов. Например, антирекой называют небольшой участок русла водотока, через который периодически производится закачка воды в оросительную систему (Морозов и др., 2011). С другой стороны, в качестве антиреки, согласно этому же определению, нельзя рассматривать создание нового водотока, функционирование которого приводит к крупномасштабной переброске речного стока.

В любом случае искусственное создание антиреки требует строительства специальных гидротехнических сооружений (систем), включая участки искусственно создаваемого русла или сильно трансформированного естественно русла (каналы, шлюзы, трубопроводы и др.). Таким образом, рассмотрение антирек как типового варианта техногенеза водных объектов требует более четкого и, вместе с тем, расширенного определения данного термина, который можно было бы использовать для обозначения подвергшегося техногенезу водного объекта (водной системы), функционирующего как единое целое, а не его отдельных участков с «обратным течением».

В противном случае, если проект предусматривает временное движение воды в обратном направлении на небольшом участке естественного русла, - это «антирека». Но если сброс этой же воды происходит путем отвода через канал - это «перераспределение стока». С экологической точки зрения последствия этих видов деятельности могут быть равнозначны, а трактовка и общественный резонанс принципиально различаться. В первом случае - само по себе название проекта указывает на его экологическую опасность, во втором - подобной реакции априорно не возникает, хотя экологическая опасность реализации проекта может быть не меньшей.

В основу определения термина «антирека» целесообразно положить процесс, составляющий основную цельПомимо основной цели антриреки могут выполнять и некоторые другие функции, например, служить путями для водного транспорта. Но эта функция носит второстепенный, дополнительный и необязательный характер. В этом и заключается принципиальное отличие антирек от судоходных каналов, соединяющих различные бассейны (Волга-Дон и др.). Последние не выполняют функцию межбассейновой переброски вод в значимых масштабах. создания подобных объектов, а именно переброску речного стока. Вместе с тем, далеко не все виды переброски речного стока могут рассматриваться как антиреки. Для уточнения данного вопроса рассмотрим вкратце основные формы этой деятельности.

В зависимости от выполняемых функций системы переброски условно разделяются на три категории (Березнер, 1985):

ь внутрибассейновые, или локальные, когда система переброски не выходит за пределы бассейна данной реки, имеющей самостоятельный выход в море, океан или внутренний водоем. Типичными примерами внутрибассейновых перебросок являются каналы Волга-Москва (канал имени Москвы), Северский Донец-Донбасс;

ь межбассейновые, связывающие смежные бассейны рек, имеющих самостоятельный выход в море, океан или внутренний водоем;

ь межрегиональные, или межзональные, связывающие речные системы, относящиеся к различным физико-географическим регионам (климатическим зонам). Их примером могут являться проектировавшиеся переброски части стока северных рек Европейской части РСФСР в бассейн р.Волги и сибирских рек в Среднюю Азию и Казахстан. Следовательно, к ним можно отнести и переброску вод в бессточные бассейны, например, в оросительные системы пустынных районов.

Помимо классификации по функциональному назначению, А.С. Березнер (1985), предлагал различать системы переброски стока по масштабу вовлекаемых водных ресурсов. К малым переброскам можно отнести комплексы с годовым объемом перебрасываемого стока до 1 км3, к средним - от 1 до 5 км3, к крупным - свыше 5 км3.

С нашей точки зрения, в качестве антирек можно рассматривать два последних варианта переброски. При этом необходимо учитывать, что система переброски стока является ни чем иным как управляемой ПТС. Вода - это компонент природной среды. Ее качество (уровень загрязненности и др.), а также состав биоты (в т.ч. и нежелательных организмов, например, патогенных бактерий) во многом определяют возможность использования перебрасываемого стока и, следовательно, целесообразность данного проекта.

На основании изложенного выше можно дать следующее определение: антирека - это управляемая природно-техническая система, создаваемая для средне- и крупномасштабной межбассейновой или межрегиональной переброски водного стока (годовой объем перебрасываемого стока: 1-5 км3 и более 5 км3).

Исходя из функционально-географических особенностей, можно выделить:

ь межбассейновые антиреки, осуществляющие переброску речного стока в смежные бассейны;

ь межрегиональные (межзональные) антиреки, осуществляющие переброску вод в бассейны других физико-географических регионов (климатических зон);

ь бессточные антиреки, осуществляющие переброску вод в бессточные бассейныВ данном случае под термином «бессточный бассейн» понимается участок земной поверхности, не имеющий гидравлической связи с другими водными системами. Это может быть как бессточное озеро (море), так и сток, полностью разбирающийся на хозяйственные нужды без образования терминального водного объекта..

Водная система (бассейн, водоток), из которого изымается часть стока, именуется донором антиреки, а водная система (бассейн, водоток), в которую добавляется сток, - реципиентом антиреки.

3.2.3.2 Значимые аспекты техногенеза и пути экологической оптимизации

ПТС, формирующаяся при создании антиреки любого вида, состоит из двух взаимосвязанных частей: донора и реципиента. Но, как правило, при обсуждении экологических проблем создания антирек основным предметом дискуссии становится ее донор. Так, при обсуждении проекта переброса части стока сибирских рек, основное внимание уделялось прогнозируемым изменениям этих рек, а также бассейна Северного Ледовитого океана. Вместе с тем, не меньшую значимость имеют экологические процессы, происходящие в реципиенте антиреки и прилегающим к нему регионам суши (Березнер, 1985). Для анализа некоторых аспектов техногенеза необходимо рассматривать образующуюся ПТС в целом. По этой причине, анализируя различные аспекты техногенеза, мы для удобства разделим их на три группы: общие (связанные с функционированием ПТС антирек в целом); аспекты техногенеза донора и аспекты техногенеза реципиента антиреки (табл. 3.3).

Общие аспекты техногенеза ПТС антирек

v Создание единых межрегиональных управляемых водохозяйственных систем (ВХС). На волне оптимистических настроений, наблюдавшихся во второй половине ХХ века при разработке проектов межбассейновой и межрегиональной (межзональной) переброски речного стока, не только в СССР, но и в других развитых странах (например, в США), предполагалось, что первоначально осуществляемые отдельные проекты постепенно перерастут в более сложные объединенные варианты. В перспективе их развитие должно было привести к созданию единых водохозяйственных систем (ВХС) в масштабах страны (содружества стран и т.д.). (Kelly, 1966; Воропаев, 1976, Герарди, 1975; Березнер, 1978). Академик И.П. Герасимов предлагал (Герасимов, 1976; Герасимов и др., 1981) рассматривать исследования по созданию подобных ВХС как направление отдельной научной дисциплины «конструктивной географии».

Если отвлечься от конкретных экологических проблем, связанных с реализацией проектов антирек, то эта мысль вполне согласуется с учением о ноосфере В.И. Вернадского или хотя бы может рассматриваться как один из реальных путей формирования управляемой биотехносферы (Федоров, Суздалева, 2014). Вместе с тем, перекраивание структуры окружающей среды, основу которой в большинстве регионов суши и составляют именно речные системы, используя методы конструирования инженерно-технических систем (ИТС)Крайним выражением подобной позиции, полностью игнорирующей воздействие на окружающую среду, было предложение использовать для формирования водохранилищ, предназначенных для переброски стока р.Печоры в Каспийский бассейн, системы направленных ядерных взрывов (Березнер, 1985)., - это путь к крупномасштабной экологической катастрофе. Используя предложенную терминологию, суть прогнозируемых процессов можно описать как закономерный переход креативного экологического механизма техногенеза (создание новых водных объектов и водных систем) в деградационный, характеризующийся ухудшением экологических условий, падением биоразнообразия и рыбохозяйственного потенциала (табл. 3.4). Как известно, именно прогнозы подобного развития ситуации и стали основным препятствием на пути реализации многих проектов антирек.

Но следует вспомнить, что сама по себе идея создания единых управляемых ВХС в настоящее время является основой государственной политики в сфере водопользования всех развитых стран. Согласно определению, данному в статье 1 Водного кодекса РФ, «водохозяйственная система - комплекс водных объектов и предназначенных для обеспечения рационального использования и охраны водных ресурсов гидротехнических сооружений». Таким образом, ВХС - это не что иное, как один из видов ПТС, то есть результат техногенеза водного объекта (водной системы).

Характер и степень управляемости ПТС, создаваемой на основе антиреки, могут быть различными и основываться на двух принципиально различающихся базовых принципах. Первый из них - это обеспечение нормальной работы ИТС, предназначенной для межбассейновой или межрегиональной переброски речного стока. Соответственно, сфера управления ограничивается элементами данной ИТС (объемом и графиком переброски вод, работой ГТС). В целом, процессы трансформации окружающей среды можно рассматривать как формы целенаправленного и сопутствующего техногенеза. Функционирование подобной ИТС, оказывая воздействие на компоненты природной среды, неминуемо обуславливает и возникновение ПТС. Но управление состоянием ПТС не предусматривается. В лучшем случае оно заменяется отдельными мерами по предотвращению особенно нежелательных экологических последствий (Никольский, 1934; Межзональное…, 1980; Березнер и др., 1981; Березнер, 1985).

Во втором случае организация переброски стока строится на базовом принципе создания управляемой ПТС, которая в качестве элементов, помимо ГТС, включает и все компоненты природной среды, непосредственно затронутые данной деятельностью. В оптимальном варианте (точнее, при успехе экологической оптимизации проекта антиреки), это может служить примером управляющего экологического механизма техногенеза (табл. 3.4). Иными словами, данное направление экологической оптимизации предполагает создание управляемых ПТС на базе ВХС, возникающей в ходе реализации проекта антиреки.

v Крупномасштабные изменения климатических и гидрометеорологических условийДанные термины трактуются нами в соответствии с их определениями, данными в нормативных документах:

Гидрометеорологические процессы и явления - события, происходящие в атмосфере и гидросфере и характеризуемые параметрами движения воздушных масс, влагооборота, теплового режима, гидрорежима морей, океанов, рек и другими параметрами (ПНАЭ Г-05-035-94 «Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на ядерно- и радиационно опасные объекты», Приложение 11, пункт 10);

Климат - среднее состояние атмосферы, расположенной под нею суши или воды в определенном регионе, в определенном временном масштабе (ГОСТ 54139-2010 «Экологический менеджмент. Руководство по применению организационных мер безопасности и оценки рисков. Изменение климата», пункт 2.7).. Гидрографическая сеть является одним из основных климатообразующих факторов. Ее трансформация в процессе техногенеза не может не отразиться на климатических и гидрометеорологических условиях. Это влияние носит как прямой, так и косвенный характер. В первом случае воздействие осуществляется в виде изменения влажностного режима, переноса и аккумуляции тепловой энергии, заключенной в водной массе. Например, в ряде случаев при организации крупных водохранилищ частота экстремальных флуктуаций температуры воздуха в данном регионе существенно снижается. Косвенное воздействие на климатические и гидрометеорологические условия проявляется через изменения характера экосистем и ландшафтной структуры (развитие растительного покрова на ранее пустынных участках, сокращение площади пойм, образование заболоченных массивов и т.п.). Все эти явления можно рассматривать как формы сопутствующего техногенеза.

Существует еще один важный аспект данной проблемы. Речной сток определяет структуру водных масс и гидрологический режим значительных участков Мирового океана, что в свою очередь определяет климатические и гидрометеорологические условия в еще больших масштабах. Например, прогнозировалось, что изменение стока рек в Черное море может привести к изменению характера стратификации его вод (Виноградов, 1987), последствием чего может стать климатическая катастрофаВ целях ясности изложения материала в данном контексте мы сознательно не рассматриваем сопряженные с климатическими изменениями возможные воздействия на биоту. Эти вопросы будут проанализированы в дальнейшем. . Подобное явление можно обоснованно рассматривать как форму дистанционного техногенеза. Аналогичные опасения высказывались и в отношении изменения ледово-термического режима Северного Ледовитого океана при реализации проекта переброски сибирских рек в Среднюю Азию. Априорно предполагалось, что связанные с этим изменения будут носить двоякий характер и оказывать противоположное воздействие на климат. С одной стороны, уменьшение притока пресных материковых вод в моря арктического бассейна приведет к замедлению водообмена Северного Ледовитого океана с Атлантическим, что снизит приток теплых атлантических вод в Арктический бассейн и будет способствовать более высокой ледовитости его морей. Однако, с другой стороны, ожидалось, что изменение пресноводного баланса повлечет за собой осолонение поверхностного слоя арктических вод и увеличение интенсивности притока тепла из глубинных слоев. Согласно этим расчетам, климатические изменения, обусловленные дистанционным гидролого-гидрохимическим техногенезом Северного Ледовитого океана, намного превзойдут аналогичные последствия собственно перераспределения стока (результаты сопутствующего техногенеза). Таким образом, сделанные прогнозы носили сугубо негативный характер. Но следует обратить внимание на тот факт, что эти сценарии, в большинстве своем разрабатывавшиеся зарубежными специалистами (Aagааrd, Coachman, 1975, Fisher, 1979), игнорировавшими реальные проектные решения, основывались на моделировании полного поворота стока сибирских рек от арктического бассейна. В этом случае экологические последствия, скорее всего, действительно вызвали бы значимое изменение климата. Однако в планируемых объемах изъятия стока эти явления не смогли бы достичь столь значимого уровня (Дроздов и др., 1980). К аналогичному выводу пришли и некоторые зарубежные специалисты (Micklin, 1981).

Анализ возможных экологических последствий, которые могут быть инициированы данным аспектом, затрудняется тем, что при объективном подходе эти последствия должны рассматриваться на фоне происходящих глобальных климатических изменений, которые они могут как усиливать, так и ослаблять. Оценка эффектов, обусловленных изменением одного и того же климатического фактора, в зависимости от конкретных условий, может носить противоположный характер. Так, значимое изменение нормы осадков может обусловить как деградационный экологический механизм трансформации экосистем на обширных территориях (при провоцировании засух или, напротив, избыточного увлажнения), так и обуславливать модифицирующий и даже поддерживающий экологический механизм (при увлажнении аридных зон) (табл. 3.4).

Резюмируя имеющиеся материалы можно сделать следующее заключение: организация антирек неминуемо оказывает воздействие на формирование климатических и гидрометеорологических условий, но масштабы и значимость этих воздействий определяются конкретными проектными решениями. Наибольшее значение имеет объем перебрасываемого стока и периодичность (динамика) переброски. Например, изменение ледового режима Северного Ледовитого океана могло бы повлечь за собой глобальное изменение климата, но переброса стока сибирских рек в объеме, способном вызвать подобные явления, не планировалась (Березнер, 1985). Все варианты этого проекта подразумевали не полное изъятие стока, а, главным образом, перераспределение паводковых вод.

Следовательно, оценка и учет на этапе проектирования возможного воздействия реализации проекта антиреки на климат и процесс формирования гидрометеорологических условий могут не только свести к минимуму негативные последствия, но и дать результаты, которые с экологической точки зрения можно рассматривать как позитивные.

v Изменение биогеохимических циклов. Речной сток является важным элементом почти всех биогеохимических циклов. Необходимость оценки этого аспекта техногенеза при организации крупномасштабной переброске речного стока была отмечена еще в первом нормативном документе, регламентирующем эту деятельность на территории СССР (Временные…, 1978, раздел 1.4-1.5). Предполагалось, что межбассейновая и межзональная переброска стока повлекут за собой изменение границ биогеохимических провинций. В свою очередь это приведет к изменениям химического состава почв, природных вод, растительного и животного мира на значительных территориях.

В качестве проблем, требующих отдельного внимания, следует рассматривать возможное влияние проекта антиреки на развитие парникового эффекта и перераспределение потоков биогенных элементов. В обоих случаях последствия техногенеза носят многоплановый характер. Ряд эффектов, сопутствующих организации антирек, может приводить к масштабной эмиссии парниковых газов. К ним можно отнести взмучивание богатых органическим веществом донных отложений, разложение затопленных почв (большинство проектов переброски стока подразумевают организацию обширных водохранилищ), а также спровоцированные апвеллинги (подъемы содержащих парниковые газы глубинных вод), вызванные сокращением стока в морские водоемы. Одновременно может происходить и поглощение значительных объемов парниковых газов, например, в результате увеличения биологической продуктивности орошаемых земель и новых водных объектов. В качестве «ловушки» парниковых газов могут использоваться и апвеллинги после их специального инженерно-экологического обустройства (Суздалева и др., 1998/1999).

Изменение содержания биогенных элементов при переброске стока потенциально может выражаться и в снижении трофности образующихся водных систем. Однако значительно более реальным представляется скачкообразное повышение их трофности. Эвтрофированию будет способствовать ряд факторов, почти неизбежно сопутствующих крупномасштабному гидротехническому строительству, в частности, затопление земель и размыв донных отложений. При резких колебаниях объема перебрасываемых вод можно ожидать и эвтрофирования участков периодически затопляемого почвенного покрова. Таким образом, воздействие данного фактора будет провоцировать модифицирующий экологический механизм трансформации биотических сообществ, обусловленный повышением их трофического статуса (табл. 3.4). При сильном эвтрофировании водных объектов и возникновении дисбаланса продукционно-деструкционных процессов (цветений воды, вторичного загрязнения и последующих заморов) возможны явления экологической деградации.

Несмотря на важность биогеохимического техногенеза при организации антирек, этот вопрос изучен относительно слабо. Экологическая оптимизация данного аспекта может включать несколько направлений: разработку мер по ограничению развития парникового эффекта, мероприятия по своевременному деэвтрофированию водных объектов, и, кроме того, обоснованное отклонение проектов переброски стока, способных вызвать заведомо нежелательные изменения биогеохимических циклов.

Аспекты техногенеза донора антирек

v Изменение гидрологического режима (гидрологический техногенез). Данный аспект техногенеза носит многоплановый характер и включает комплекс различных воздействий, вызывающих значимую трансформацию окружающей среды. Основными из них являются:

ь изменение в обратном направлении движения воды на отдельных участках (образование «антиреки» в узком понимании данного термина);

ь сокращение расхода реки-донора до объема «остаточного стока», остающегося после изъятия вод в систему межбассейнового или межзонального перераспределения стока;

ь трансформация паводкового режима;

ь изменение ситуации в приустьевых участках рек-доноров.

Помимо прочего, этот фактор практически всегда вызывает изменение процессов руслообразования, миграции наносов (Березнер, 1985; Сурков, 1999; Болгов, Фролова, 2012). В реках-донорах из-за снижения уровня воды обычно происходит осушение пойм. В русле начинает преобладать глубинная эрозия (Антроповский, 1995; Антроповский и др., 2004). Таким образом, прямой гидрологический техногенез, провоцирует косвенный геоморфологический техногенез.

Кроме прямых последствий, изменение гидрологического режима способно обусловить ряд косвенных, которые мы в силу их специфичности и практической значимости рассмотрим в качестве отдельных аспектов техногенеза (трансформация экосистем, изменения характера водопользования, проблемы судоходства).

Перечисленные выше воздействия проявляются комплексно и далеко не всегда носят однозначно негативный характер. В монографии А.С. Березнера (1985) приводится матрица, позволяющая оценить роль того или иного сочетания факторов. Во многом экологическая ситуация определяется местными условиями. Например, водозаборы систем водоснабжения населенных пунктов, расположенных на реках, как правило, размещаются выше по течению, чем выпуски сточных вод и сбросы очистных сооружений. При создании обратного тока воды (т.е. собственно «антирек») эти сточные воды начнут поступать в водозаборы. Поиск проектных решений, исключающих подобные явления - это одно из необходимых направлений экологической оптимизации антирек (табл. 3.4)

В соответствии с законодательством в качестве лимита остаточного стока при проектировании антрирек принимался объем санитарного попуска (Саруханов, 1961; Березнер, 1985), т.е. объем вод, гарантирующий бесперебойную работу питьевых водозаборов, благоприятные условия для культурно-бытового водопользования населения. Размеры санитарных попусков регламентируются СанПиН 3907-85 «Санитарными правилами проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ», которые требуют, чтобы «минимальный санитарный попуск был не менее минимального среднесуточного расхода водотока в бытовом гидрологическом режиме летней и зимней межени года 95% обеспеченности». Высказывались предложения о дальнейшем снижении санитарного попуска до 75% этой величины (Гатилло, Прокудин, 1975). Вместе с тем, в организациях, занимающихся природоохранной тематикой, неоднократно поднимался вопрос об ужесточении контроля и увеличении объемов санитарных попусков в форме нормативной регламентации «экологических попусков», под которыми понимается поддержание объема стока в регулируемых водотоках в объемах, необходимых для обеспечения естественного состояния наиболее ценных элементов природной среды (Троицкий, 2006). Паводковые расходы не лимитируются, хотя ежегодная промывка поймы нередко является важным средством сохранения удовлетворительного санитарного состояния реки (Березнер, 1985).

Данный фактор может иметь и другие нежелательные последствия. Так, расчеты, сделанные при разработке проекта переброски вод р.Печоры с оставлением безпаводкового остаточного стока на уровне санитарного попуска, показали, что это приведет к значительному размыву русел притоков в период прохождения в них паводков (Герасимов и др., 1981). Следует также учитывать, что в зону ниже отъема воды могут попасть не только участки рек, но и проточные озера, наполняющиеся и, что не менее важно, «промывающиеся» в период паводков. Ликвидация паводков в данном случае, даже при сохранении объема санитарного попуска, может обусловить образование в озерах застойных зон, накопление в них загрязнителей и их эвтрофирование.

Экологическое значение может также иметь задержка сроков вскрытия льда, обусловленная изъятием части стока. Например, при разработке того же проекта переброски вод р.Печоры было установлено, что изменение сроков начала ее ледостава составит 2-3 суток, а запаздывание вскрытия -2-6 суток (Донченко, 1980).

Снижение объемов стока рек-доноров может привести к принципиальному изменению экологической ситуации в эстуариях рек и их приэстуарных районах. Например, это может быть обусловлено как сокращением площади распресненной приустьевой зоны со своей специфической экосистемой, так и проникновением соленых морских вод в реку во время нагонов.

Как следует из рассмотренных выше материалов, изменение гидрологического режима реки-донора может проявляться в различных формах техногенеза (табл. 3.4), в т.ч. в сопутствующей (на притоках и русловых озерах) и дистанционной (в эстуариях). Наблюдающиеся при этом экологические механизмы могут также существенно различаться. При создании проектов с учетом возможных экологических последствий, а также при разработке специальных природоохранных и компенсационных мероприятий могут происхоидить изменения в рамках модифицирующего или поддерживающего механизма. При игнорировании этих проблем велика вероятность экологической деградации реки-донора или даже распространения этих явлений на другие участки водной системы, в которую она входит.

Таким образом, обоснование необходимого объема остаточного стока, основанное на анализе всех последствий, также можно рассматривать как важное направление экологической оптимизации. При этом следует особо отметить, что в проектах межбассейновой и межрегиональной переброски стока практически всегда в качестве доноров рассматриваются реки, сток которых уже зарегулирован ГЭС (см. раздел 3.2.1). Следовательно, деятельность по экологической оптимизации этих двух типовых вариантов техногенеза водных систем должна осуществляться в виде единого комплекса мер.

v Изменение структуры водных экосистем рек-доноров также носит многоплановый характер. Эти явления в достаточной мере сходны с наблюдающимися в нижних бьефах ГЭС и других регулирующих ГТС, ранее рассмотренных нами в разделе 3.2.1. По сути, организация антирек является ни чем иным как одной из форм регулирования речного стока. Вместе с тем, специфичность данной деятельности обусловливает и существенное различие в характере воздействий, оказываемых ею на водные экосистемы. К сожалению, этот вопрос к настоящему времени слабо изучен. Основное внимание при анализе воздействий на биотические компоненты среды, вызванных межбассейновой переброской стока, уделялось наземным экосистемам.

На основании имеющихся материалов можно прогнозировать, что основными факторами, способными вызвать значимые изменения в структуре экосистем рек-доноров, будут:

ь изменение структуры биотопов;

ь изменение качества вод;

ь возникновение преград для мигрирующих видов.

Уменьшение водности рек до объема остаточного стока неминуемо приведет к сокращению площадей мелководий, постоянно покрытых водой или затапливаемых в период паводков. Зачастую именно эти зоны играют главную роль в биопродукционных процессах речной экосистемы. Следовательно, подобное изменение структуры биотопов может сказаться на всех трофических уровнях. Так, значительная часть кормовой базы речной ихтиофауны, как правило, формируется именно на этих биотопах. Кроме того, прибрежные мелководья - это участки развития высшей водной растительности и замедленного течения. В связи с этим здесь доминирует специфическая фитофильная фауна, не способная существовать на участках с быстрым течением. Помимо прочего, эти биотопы являются нерестилищами многих видов рыб и местом развития их ювенальных стадий (личинок, мальков). Поэтому можно ожидать, что в реках-донорах будут наблюдаться: снижения рыбохозяйственного потенциала, уменьшение биоразнообразия и повышение роли видов-реофилов, обитающих (и кормящихся) на участках с постоянным течением воды.

Однако возможна и обратная тенденция, когда изъятие части стока приведет к замедлению течения в реке-доноре, что будет способствовать ее обмелению (аккумуляции наносов), зарастанию, заболачиванию прибрежий (Завадский, Зима, 2011) и повышению роли фитофильной фауны.

Установлено, что биологическая продуктивность многих морских акваторий зависит от количества биогенов (соединений фосфора и азота), выносимых в них речным стоком. В связи с этим высказывались опасения, что межбассейновая переброска стока может привести к снижению биопродуктивности и рыбохозяйственного потенциала морских бассейнов, в которые впадают реки-доноры (Березнер, 1985). Таким образом, данный аспект может проявляться как в форме сопутствующего техногенеза, так и дистанционного (табл. 3.4).

Сценарий развития экологической ситуации зависит от конкретных условий и может иметь либо модифицирующий механизм, либо деградационный. Это зависит от экологической обоснованности объемов остаточного стока и его динамики, точнее, определения объема экологического попуска вод и его режима, основанного на предварительном детальном изучении речной экосистемы, включая ее эстуарную область.

В современном мире в реки практически всегда происходит поступление загрязнителей с обширной территории (их водосборного бассейна), затем эти вещества переносятся током воды и частично разлагаются в ходе процессов естественного биологического и химического самоочищения. Важнейшим фактором, определяющим эффект от загрязнения рек, является интенсивность «разбавления» поступающих в них загрязнителейЭтот эффект учитывается и в природоохранных нормативах, регламентирующих расчет предельно допустимого сброса.. Уменьшение водности реки-донора приводит к увеличению концентрации загрязнителей в воде и, следовательно, вероятности деградации водной экосистемы (Болгов, Фролова, 2012). Кроме того, повышение концентрации загрязнителей снижает результативность процессов биологического самоочищения, а по достижении определенного порога способно подавить их полностью. Предотвратить эти нежелательные явления можно также на основе их учета при определении объема и режима экологического попуска вод.

При организации систем межбассейновой переброски отбор воды может осуществляться из участка реки-донора, являющегося миграционным путем водных организмов (рыб). В данном случае экологическая оптимизация проекта антиреки заключается в своевременном учете данного фактора и разработке специальных рыбопропускных устройств (РПУ).

v Изменение экологических условий на прибрежных территориях. Состояние большинства наземных экосистем, формирующихся вблизи рек, зависит от их водности и паводкового режима. Это касается не только участков пойм, но и многих экосистем, расположенных за их пределами.

Само существование пойменных экосистем обусловлено периодическими паводками, режим которых при организации антиреки может быть существенно изменен вплоть до полной их ликвидации (Болгов, Фролова, 2012). В последнем случае может произойти перерождение этих экосистем. С экологической точки зрения этот вопрос крайне важен. Пойменные системы являются наиболее продуктивными, что, помимо прочего, обусловливает их ценность как объекта природопользования (данную проблему мы рассмотрим в дальнейшем). Они служат биотопами для многих видов растений и животных. Таким образом, сокращение площадей пойменных участков можно рассматривать как вид экологической деградации прибрежных территорий.