Техногенез и деградация поверхностных водных объектов

Таким образом, ПМРЗ развиваются как одна из форм урбанизации прибрежных акваторий Мирового океана. Данное явление можно рассматривать как один из ранее выделенных нами (см. раздел 1.4) видов техногенеза - «урбанизационный».

Урбанизация участков природной среды почти всегда сопровождается утратой их видеоэкологического потенциала. Восприятие окружающей среды как техногенного образования несовместимо с ее привлекательностью как места отдыха. По этой причине при строительстве технических объектов, необходимых для обслуживания резортов и обеспечения безопасности их клиентов, осуществляются различные попытки их маскировки и декорирования, т.е. целенаправленного изменения пейзажности (Суздалева и др., 1999).

Урбанизация всегда осуществляется целенаправленно, но экологический механизм техногенеза окружающей среды может существенно отличаться. Без разработки специальных мер по экологической оптимизации он заведомо деградационный, поскольку снижение видеоэколгического потенциала - это утрата одного из свойств природной среды, используемых человеком. Разрешить противоречие между необходимостью урбанизации акватории ПМРЗ и сохранением ее социальной привлекательности как объекта массового отдыха можно несколькими путями, которые одновременно являются основными мероприятиями экологической оптимизации данного аспекта техногенеза:

ь своевременной оценкой и выбором вариантов проектов возводимых гидротехнических сооружений, имеющих наименьшие негативные экологические и видеоэкологические последствия;

ь применением различных способов маскировки и декорирования видимых признаков урбанизации ПМРЗ: от высадки растительности на ограждающих дамбах, создающих иллюзию живописных участков естественного берега, до создания целых систем искусственных островов с каналами, по которым осуществляется принудительная циркуляция морских вод (в проектах реконструкции некоторых египетских ПМРЗ их обозначают термином «искусственные реки»).

При удачном осуществлении подобных мероприятий экологический механизм техногенеза можно классифицировать как модифицирующий или, в случае коренного изменения характера прибрежной зоны (при условии сохранения ее высокого рекреационного и видеоэкологического потенциала), - как креативный (см. табл. 4.1). Крайним примером последнего является организация аквапарков-аквариумов с подводными галереями для перемещения посетителей и выходящими на них смотровыми витринами - полубассейнами-полуводоемами, в которых размещены искусственно скомпонованные коралловые постройки, а передвижение других обитателей моря в той или иной степени регулируется.

v Биотический техногенез, т.е. изменение состава биоты под влиянием технической деятельности человека; протекает при формировании и эксплуатации ПМРЗ весьма интенсивно. Мы ограничимся рассмотрением только двух ее компонентов - водных организмов и амфибионтных форм, под которыми мы подразумеваем организмы, обитающие в морской и наземной среде прибрежной зоны (морские черепахи, ластоногие млекопитающие и др.).

Данный процесс происходит в нескольких направлениях (причем, часто - одновременно):

ь исчезновение видов, не способных существовать в новых условиях;

ь интродукция новых видов или искусственное повышение численности существовавших путем их привлечения на участки ПМРЗ и/или создания благоприятных условий для их размножения;

ь уничтожение организмов, представляющих угрозу для здоровья и жизни человека, или применение мер по недопущению их контакта с отдыхающими.

Рассмотрим эти вопросы более подробно. Снижение биоразнообразия в виде исчезновения отдельных представителей биоты с экологической точки зрения - это несомненный признак деградации. Однако, анализируя комплекс проблем, обусловленных техногенезом ПМРЗ в целом, данное суждение не кажется столь однозначным. Исчезновение вида в данных условиях может произойти по ряду различных причин, среди которых следует выделить:

Ш Уничтожение в ходе формирования ПМРЗ биотопов, в которых эти виды существовали и/или размножились. Сюда же можно отнести и уход некоторых видов животных из их местообитаний вследствие воздействия фактора «беспокойства» (шумового загрязнения, присутствия большого количества людей и т.д.). Экологическая оптимизация в данном случае заключается в своевременной разработке (желательно на этапе проектирования резортов) соответствующих природоохранных и компенсационных мер (например, строительство искуственных рифов).

Ш Активный сбор организмов отдыхающими. Прежде всего, это касается организмов, имеющих привлекательный вид или использующихся в качестве сувениров (кораллы, моллюски и др.). Обычно эти действия приводят не к исчезновению вида, а к резкому снижению его численности (точнее - встречаемости в доступных для сбора местах). Это также следует рассматривать как один из признаков экологической деградации. Особую опасность это явление представляет в тех случаях, когда уничтожаемые виды являются эдификаторами, т.е. создают среду обитания для других форм водной биоты (например, мадрепоровые кораллы). Природа данного воздействия может быть предметом дискуссии, т.к. любительский сбор организмов как таковой не является технической деятельностью. Вместе с тем, в данном случае мы рассматриваем его как аспект техногенеза, поскольку условия для него (доступность организмов для массового сбора) создает организация ПМРЗ, т.е. техногенез прибрежного участка моря. Экологическая оптимизация данного аспекта техногенеза заключается в выработке и строгом соблюдении запретительных природоохранных мер. Например, в египетских ПМРЗ на Красном море сбор и вывоз кораллов наказываются значительным штрафом и запретом повторного въезда в страну. Эта информация в обязательном порядке распространяется среди туристов еще при размещении их в морских резортах.

Ш Интродукция чужеродных видов, практикуемая в некоторых организованных резортах с развлекательными или декоративными целями, может рассматриваться как разновидность модифицирующего техногенез. В большинстве случаев эти формы способны существовать на территории ПМРЗ только при искусственных, создаваемых человеком условиях.

Ш Целенаправленный биотический техногенез на участках ПМРЗ может осуществляться в целях обеспечения безопасности отдыхающих. Обитателей морских вод, угрожающих жизни человека, обычно разделяют на следующие группы (Буров и др., 2012):

- морские животные и рыбы, применяющие собственные яды против человека (ядоносцы);

- морские животные и рыбы, ядовитые при пищевом использовании человеком;

- ядовитые для человека морские водоросли (некоторые виды фитопланктона, способные к вспышкам массового развития в виде «красных приливов»);

- морские животные и рыбы, опасно атакующие человека.

К ним также можно причислить организмы, представляющие опасность при пассивном механическом взаимодействии с телом человека. Их примером является крупный двустворчатый моллюск тридакна, часто прочно прикрепленный к коралловым постройкам. Палец купальщика, случайно попав между открытых створок этого моллюска, зажимается им. Освободить человека можно только с помощью специальных инструментов. Люди могут быть случайно травмированы также движениями тела морских млекопитающих, с которыми пытались вступить в контакт.

Как правило, персоналом резортов и администрацией ПМРЗ активные действия предпринимаются только в отношении последней из перечисленных групп организмов. Да и то они зачастую носят временный характер и проводятся как ответная мера на уже произошедшие трагические события. Так, на египетских ПМРЗ отслеживание и попытки (как правило, бесплодные) уничтожения опасных видов акул осуществляются только какое-то время сразу после случаев их нападения на людей.

Но опасность представляют и другие организмы, в том числе ядоносцы. Так, по нашим предварительным оценкам (официально такие данные не публикуются), гибель людей в египетских ПМРЗ от поражения брюхоногим моллюском «текстильный конус» выше, чем от нападения акул. Этот моллюск, имеющий привлекательный вид, обладает специальным органом - «жалом», с помощью которого вводит в организм человека, берущего его в руки, смертельно опасный яд.

Список видов морских организмов, представляющих угрозу для человека, весьма обширен. Меры по предотвращению опасности можно разделить на следующие группы (каждую из которых мы рассматриваем как направление экологической оптимизации ПМРЗ):

Ш создание при культурных учреждениях на участках ПМРЗ (морских аквариумах, музеях и др.), а также при организованных резортах специальных экспозиций, посвященных опасным морским организмам, и проведение обязательного инструктажа отдыхающих;

Ш недопущение массового развития нежелательных организмов в акваториях, используемых для массового отдыха (купания). К этой мере можно отнести борьбу с эвтрофированием прибрежных участков моря, которое является причиной возникновения «красных приливов», а также уничтожение биотопов, где происходит развитие (размножение) нежелательных организмов. Например, на пляжах Японского моря в районе г.Владивостока в летнее время появляется ядовитая гидромедуза гонионема или «крестовичок». Имея небольшие размеры и незаметная в воде, она наносит очень болезненные ожоги, способные вызывать шок и последующее утопление. Наиболее эффективным методом борьбы с этим видом является уничтожение на участках массового купания зарослей морской травы зоостеры, в которой гонионема проходит полипоидную стадию развития;

Ш целенаправленный сбор опасных организмов в местах массового купания. Например, на территориях египетских резортов следует организовать периодический сбор моллюска «текстильный конус» и некоторых других видов беспозвоночных (морской звезды «терновый венец» и др.);

Ш строительство специальных ограждающих устройств, делающих невозможным нападение на человека морских хищников (например, противоакульих сетных заграждений);

Ш организация мониторинга появления в акватории ПМРЗ опасных видов. Необходимость этой меры связана с тем, что специальные заграждения целесообразно возводить только там, где присутствие этих организмов носит постоянный характер. Однако некоторые опасные виды активно мигрируют или случайно заносятся в несвойственные для их обитания области.

Таким образом, биотический техногенез в ПМРЗ может происходить в неконтролируемой, сопутствующей и целенаправленной формах (см. табл. 4.1). Его экологический механизм включает практически весь спектр возможных вариантов. Общей же целью экологической оптимизации является целенаправленное формирование состава водной и амфибионтной биоты, одновременно обеспечивающей как возможность ознакомления отдыхающих с богатством морской флоры и фауны (это, на наш взгляд, является важнейшей составляющей видеоэкологического потенциала ПМРЗ), так и безопасность отдыхающих. Необходимость биотического техногенеза в очередной раз показывает, что объективная оценка экологического состояния ПМРЗ и разработка на этих участках природоохранных мероприятий должна строиться на представлении о них не как об участках природной среды, предназначенных для отдыха, а как о ПТС, целенаправленно создаваемых человеком для выполнения этой функции.

Кратко обобщить результаты анализа процессов техногенеза, обусловленного организацией и эксплуатацией ПМРЗ, можно следующим образом:

· Современные ПМРЗ представляют собой разновидность урбосистем, включающих участки морских акваторий и наземных территорий, подвергшихся глубокой техногенной трансформации. Отличительные черты таких урбосистем:

- их организация и функционирование подчинены одной общей цели - получению коммерческой выгоды от использования их рекреационного потенциалаС этой точки зрения их структурно-функциональная организация во многом аналогична таковой в урбосистемах моногородов.;

- сохранившиеся в них компоненты природной среды (в т.ч. прибрежные, расположенные во входящих в их состав морских акваториях) имеют большее значение, чем в других убосистемах, но, тем не менее, они также являются частью ПТС и при сбоях в работе (или неправильной организации работы) объектов ее инженерно-экологического обустройства, деградируют.

· Мозаичность условий и многоуровневость управления ПМРЗ позволяют рассматривать их как иерархию ПТС. Ее нижний уровень составляют: управляемые ПТС организованных резортов и в той или иной мере управляемые ПТС, формирующиеся на других участках ПМРЗ (территориях жилой и административно-производственной застройки, объектов инфраструктуры и необустроенных участков ПМРЗ, на которых возникают стихийные резорты). Верхний уровень представлен ПТС, охватывающей ПМРЗ в целом. Повышение степени ее управляемости является общей задачей экологической оптимизации данного варианта техногенеза.

· Диффузный характер процессов загрязнения и засорения ПМРЗ в совокупности с высокими требованиями к их видеоэкологическому потенциалу требует разработки особого подхода к их инженерно-экологическому обустройству. Перспективным путем экологической оптимизации деятельности является объединение в рамках единого проектного решения по благоустройству как отдельного резорта, так и ПМРЗ в целом, технических, биологических, экологических и эстетических задач. Примером подобного комплексного подхода является организация искуственных рифов, одновременно способных выполнять функции:

- биологической очистки морских вод;

- объекта, повышающего видеоэкологические свойчства акватории;

- объекта безопасной демонстрации богатства морской биоты.

4.2.2 Приливные электростанции

водный техногенный деградация экологический

4.2.2.1 Общая характеристика

Данный вариант техногенеза включен в монографию как пример необходимости непредвзятого подхода к оценке экологических последствий новых способов освоения ресурсов Мирового океана.

Несмотря на то, что приливные электростанции (далее - ПЭС) существуют в ряде стран уже несколько десятилетий, в целом эта область гидроэнергетики в настоящее время еще рассматривается как альтернативная по отношению к другим способам получения электроэнергии. Распространено мнение, что использование энергии приливов - это один из путей экологически безопасного производства электроэнергии. Действительно, строительство ПЭС не сопровождается некоторыми видами негативных воздействий, без которых не обходится, например, возведение и функционирование крупных ГЭС. Сооружение объектов приливной гидроэнергетики не вызывает необходимости вынужденного переселения людей или отчуждения обширных территорий под санитарно-защитные зоны, в которых ведение других видов деятельности запрещено. Что не менее важно, эксплуатация ПЭС не снижает социальную привлекательность территории, не приводит к резкому падению цен на недвижимость и сельскохозяйственную продукцию в районе их размещения (Усачев, Марфенин, 1998).

Однако видов человеческой деятельности, не оказывающих негативного воздействия на окружающую среду, не существует. Как свидетельствует анализ исторических событий (см. раздел 1.3), даже самые патриархальные виды человеческой деятельности наносили значимый вред природной среде, когда их масштаб достигал определенного уровня. Поэтому априорное отнесение какой-либо технологии к категории экологически безопасных, по меньшей мере, некорректно. На первых этапах развития ядерных технологий их использование в мирных целях также преподносилось как не загрязняющее природу дымовыми выбросами и шлаками. В числе подобных проектов, например, рассматривалось формирование котловин водохранилищ в европейской части России путем направленных ядерных взрывов. Таким образом, экологическая безопасность инновационных решений должна всесторонне обосновываться перед принятием решений об их реализации. Причем этот процесс должен быть полностью объективным, т.е. осуществляться без принятия во внимание сложившегося общественного мнения. Именно такой методологический подход соответствуют требованиям как международного, так и российского экологического права. Одним из его базовых принципов является «принцип презумпции экологической опасности планируемой хозяйственной и иной деятельности», закрепленный в статье 3 ФЗ «Об охране окружающей среды» от 10.012002 г. №7-ФЗ и статье 3 «Об экологической экспертизе» от 23.11.1995 г.№174-ФЗ.

Приливные электростанции (ПЭС) - это гидроэлектростанции, использующие энергию морских приливно-отливных течений. Создание этих объектов гидроэнергетики можно представить в виде следующей обобщенной схемы. Участок моря (будущий бассейн ПЭС) отсекается от его остальной части путем возведения дамбы (плотины ПЭС). Поток вод, проходящий в бассейн ПЭС во время приливов, и обратное ему движение вод во время отливов регулируются специальными гидротехническими сооружениями. В результате на плотине ПЭС периодически возникает напор воды, обусловленный разностью ее уровней в бассейне ПЭС и на внешней части ее плотины. Этот напор, также как и возникающий на плотинах ГЭС, используется для производства электроэнергии на гидроагрегатах, размещенных в одной из частей дамбы (здании ПЭС).

Условия существования морской экосистемы зависят от режима пропуска вод через плотину электростанции (режима ее работы). Таким образом, ПЭС и ее бассейн представляют собой потенциально управляемую ПТС. При этом уровень управляемости условиями в бассейне ПЭС в силу ограниченности его объема значительно выше, чем в нижних бьефах ГЭС.

Как показал опыт строительства и эксплуатации первых ПЭС, недоучет экологических проблем в ряде случаев привел к деградации зависящих от их работы морских экосистем. Так, во время строительства Кислогубской ПЭС в ее бассейнеБассейном ПЭС называется акватория, отсеченная от моря плотиной. Разность уровней воды в бассейне ПЭС и прилегающем участке моря в периоды отлива и прилива обуславливает движение воды через установленные в плотине гидроагрегаты, вырабатывающие электрический ток. при длительной изоляции от моря в результате распреснения вод наблюдалась гибель практически всей морской биоты. В последующий период, при грубом нарушении режима эксплуатации гидроагрегатов, эти явления повторились (Марфенин и др., 1995). Аналогичные явления происходили и на зарубежных ПЭС, например, в районе приливной электростанции Ранс (Франция).

В целом, как показывает анализ накопленной к настоящему времени информации о воздействии ПЭС на окружающую среду, общая тенденция развития экологической ситуации в каждом конкретном случае определяется совокупным проявлением комплекса как негативных, так и позитивных факторов (Безносов и др., 2009; Fedorov et al., 2009). По этой причине при решении экологических проблем приливной энергетики актуальным также является не традиционный подход, основанный лишь на учете негативных воздействий и недопущении превышения их допустимого уровня, а их экологическая оптимизация (Суздалева и др., 2009; Усачев и др., 2009).

Следует подчеркнуть, что при анализе материалов мы не ограничивались только данными о существующих ПЭС, имеющих небольшие масштабы и в реальности являющихся не столько объектами гидроэнергетики, сколько испытательными стендами. Их вклад в системы энергоснабжения незначителен. Однако опыт, полученный при их строительстве и эксплуатации, весьма ценен как с технической, так и экологической точек зрения. Но их скромные масштабы не позволили бы в полной мере оценить процессы техногенеза морской среды, связанные с возможным развитием данной отрасли в будущем. Этот недостаток данных был отчасти восполнен материалами, полученными нами при проведении. инженерно-экологических изысканий по проекту Мезенской ГЭС (Суздалева и др., 2009; Безносов и др., 2010а). В разрабатываемых вариантах этого проекта длина плотины ПЭС будет не менее 80 км, а площадь отсекаемого от моря бассейна составит сотни км2.

4.2.2.2 Значимые аспекты техногенеза и пути экологической оптимизации

Анализ материалов, характеризующих различные виды воздействия на окружающую среду, вызванные строительством и эксплуатацией уже существующих ПЭС, позволяет выделить комплекс значимых экологических аспектов техногенеза окружающей среды (табл. 4.2):

v Ограничение естественного водообмена бассейна ПЭС с морем в результате возведения плотины ПЭС. Данный фактор практически всегда оказывает значимое влияние на гидрологический и гидрохимический режимы отсекаемой акватории.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 4.2. Основные пути экологической оптимизации ПЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

При возведении первых ПЭС он зачастую имел катастрофические последствия. До начала эксплуатации электростанции водообмен с морем на какой-то срок прекращался и в отсеченной акватории начинали скапливаться пресные воды, стекающие с ее водосборного бассейна. Распреснение воды приводило к массовой гибели морских организмов. В последующем в СССР была разработана новая технология строительства ПЭС с помощью установки так называемых «наплавных блоков» (Бернштейн и др., 1994). Они представляют собой отдельные фрагменты плотины, которые сконструированы как плавающие блоки, которые транспортируются на место установки и притапливаются. В этих конструкциях имеются отверстия и проемы различного технического назначения (для установки гидроагрегатов и др.), посредством которых отсекаемая акватория продолжает сообщаться с морем. Таким образом, использование наплавных блоков не подразумевает даже временной изоляции бассейна ПЭС. Этот способ строительства ПЭС с полным основанием может рассматриваться как пример экологической оптимизации одного из ранее катастрофических аспектов техногенеза морской среды.

В период эксплуатации ПЭС увеличить интенсивность водообмена ее бассейна с морем, изменяя режим эксплуатации гидроагрегатов и других гидротехнических сооружений, как правило, возможно лишь в весьма ограниченных пределах. Поэтому избежать негативных последствий данного аспекта на практике затруднительно. В каждом конкретном случае это требует идентификации возможных экологических угроз и своевременных мер по их предотвращению (снижению), т.е. мер по экологической оптимизации проекта ПЭС или комплекса специальных мероприятий по инженерно-экологическому обустройству ее бассейна. Среди наиболее ожидаемых негативных последствий данного аспекта техногенеза и возможных способов решения возникающих проблем следует отметить:

Ш Образование застойных зон в бассейне ПЭС. Они могут фрмироваться в результате изменения скорости и направления приливно-отливных течений:

- на приплотинных участках;

- в полуизолированных участках береговой линии (небольших бухтах и др.);

- в углублениях дна.

Наибольшую экологическую опасность создает последний из перечисленных видов застойных зон. В углублениях дна может происходить накопление сероводорода. Подобные участки желательно выявлять еще на стадии проектирования. Экологическая оптимизация может осуществляться в двух основных направлениях:

ь целенаправленное изменение подводного рельефа и/или береговой линии, не допускающее образования застойных зон;

ь проведение инженерно-мелиоративных мероприятий по принудительной аэрации придонных слоев, например, размещение на этих участках устройств искусственного апвеллинга или даунвеллинга (Безносов и др., 1999).

Ш Накопление в бассейне ПЭС загрязнителей и наносов. Особенно интенсивно эти явления развиваются в тех случаях, когда создание ПЭС осуществляется на участках эстуариев рек и в районах с высокой степенью хозяйственного освоения прибрежной территории. В подобных условиях в бассейнах некоторых зарубежных ПЭС отмечалось значительное повышение загрязненности вод (Марфенин и др., 1995). Улучшение ситуации может быть достигнуто следующими способами:

ь проведение контроля и предотвращение поступления поллютантов из источников загрязнения бассейна ПЭС (инженерно-экологическое обустройство в форме защиты бассейна ПЭС от неблагоприятных внешних воздействий);

ь создание биомелиоративных барьеров на пути распространения загрязнителей (пояса макрофитов, объектов санационной и санитарной марикультуры);

ь периодическая очистка дна бассейнов от наносов, в которых, как правило, аккумулируется значительная часть поступающих в них загрязнителей.

Ш Колебания солености в периоды интенсивного снеготаяния и выпадения обильных атмосферных осадков. Негативное воздействие данного фактора может проявляться не только непосредственно в форме распреснения вод, но и косвенно, усиливая стратификацию вод. В этих условиях возможно возникновение весьма нежелательной ситуации: расслоение водной толщи бассейна на верхнюю часть - распресненную и нижнюю - с нормальным уровнем солености вод. Если эти явления носят достаточно продолжительный характер, то в придонной зоне может наблюдаться резкое ухудшение кислородного режима (заморы). Организовав отвод постоянных или периодически возникающих потоков пресных вод за пределы бассейна ПЭС, можно предотвратить или снизить интенсивность подобных явлений. Особая ситуация складывается, когда в качестве участка для размещения ПЭС используется эстуарий реки. В этом случае ограничение водообмена с морем может иметь различные последствия, в т.ч. и не вызывать значимых изменений. Прогнозируемый эффект зависит от соотношения объема стока реки, размера существующей естественной распресненной зоны (эстуария реки) и степени ограничения водообмена. Например, при организации Мезенской ПЭС, значительная часть бассейна которой представляет собой обширный участок объединенного эстуария рек Мезень и Кулой, изменения солености, скорее всего, не выйдут за пределы естественных флуктуаций данного фактора.

По форме гидрологический техногенез, обусловленный ограничением водообмена бассейна ПЭС с морем, и связанные с ним проявления гидрохимического и геоморфологического техногенеза можно рассматривать как сопутствующие (табл. 4.2). При недоучете данного фактора и отсутствии мер по экологической оптимизации, направленных на предотвращение его негативных экологических последствий, велика вероятность экологической деградации бассейна ПЭС, способной в краткий срок достичь катастрофического уровня. В других случаях экологический механизм техногенеза, обусловленный ограничением водообмена, как правило, - модифицирующий: некоторые виды снижают свою численность, другие получают преимущество в развитии. Экологическая оптимизация данного аспекта техногенеза может сделать его управляемым. В конечном счете, уровень водообмена бассейна ПЭС с морем всегда регулируется, поэтому для перехода на управляющий механизм необходимо выполнение одного основного требования - учета при регулировании водообмена экологических проблем.

v Повышение защищенности отсекаемой акватории от воздействия прибоя. Интенсивность прибоя является важнейшим фактором, определяющим характер прибрежных биоценозов. Например, большая часть акватории Мезенского залива Белого моря в результате интенсивного размыва открытых берегов (абразии) и интенсивной миграции наносов практически лишена характерного прибрежного пояса макрофитов (Гурьянова, 1957). Фауна обширной литорали этого участка также крайне бедна. Высокая мутность вод затрудняет развитие планктонных сообществ. Так, средняя биомасса фитопланктона в вегетационный период не превышает 3 г/м2, тогда как в Онежском заливе она составляет - 6 г/м2, а в Двинском заливе - 15 г/м2 (Berger et al., 2001). Зоопланктон Мезенского залива отличается самым бедным видовым составом среди всех районов Белого моря. За весь период исследования здесь обнаружено всего около 20 видов зоопланктона, тогда как в Онежском заливе их 53, а в Кандалакшском заливе - 75. Средняя биомасса зоопланктона в период летнего максимума составляет 25 мг/м3, что в три раза меньше, чем соответствующий показатель в Онежском заливе, и в 6 раз меньше, чем в Двинском заливе.

Возведение плотины Мезенской ПЭС существенно снизит влияние прибоя и интенсивность абразионных процессов. В результате можно ожидать, что на некоторых участках прибрежной зоны возникнут более продуктивные биоценозы, аналогичные тем, которые распространены в других частях Белого моря.

Таким образом, данный аспект техногенеза (по форме - сопутствующий) может рассматриваться как позитивный. Его экологический механизм - модифицирующий, но его особенностью является то, что в результате с большой долей вероятности можно ожидать не только изменения соотношения отдельных компонентов биоценозов, но и роста их биоразнообразия и продуктивности.

Защита от прибоя создает также условия для рационального освоения морских биологических ресурсов бассейна ПЭС. Например, одновременно с проектной документацией Северной ПЭС (Баренцево моря) были разработаны проекты ряда специализированных хозяйств аквакультуры по выращиванию моллюсков и лососевых рыб. Эти объекты, существование которых становится возможным только благодаря возведению ПЭС и созданию сопутствующей инфраструктуры, являются компонентами складывающейся ПТС. При сохранении благоприятных условий в бассейне ПЭС могут существенно улучшиться условия для рыболовства и других видов морского промысла (Безносов и др., 2009). Таким образом, продуманная реализация проектов ПЭС не только не препятствует получению населением так называемых «экосистемных услуг», но способствует расширению их спектра (Руководства…, 2012). Кроме того, работа ПЭС не сопровождается значительным загрязнением окружающей среды (например, выбросами в атмосферу). Вместе с тем, при них может быть создана инфраструктура, открывающая новые возможности для туристического бизнеса. Например, это строительство туристических объектов в более безопасных, чем открытые участки моря, бассейнах ПЭС. На некоторых действующих ПЭС подобные объекты уже успешно эксплуатируются. Привлекательным экскурсионным объектом являются и сами эти ПЭС. Весьма показателен следующий пример. При праздновании 30-летия французской ПЭС «Ранс» представителями французской общественности (в т.ч. владельцами земель, прилегающих к ПЭС «Ранс» и ее бассейну), была выражена признательность за улучшение природной обстановки, транспортного сообщения и рыболовства, а также создание условий для развития туристического бизнеса (Усачев, Марфенин, 1998).

Следует также отметить, что плотина ПЭС может быть использована и для защиты бассейна от некоторых внешних неблагоприятных воздействий, например, разливов нефти.

Уменьшение амплитуды колебаний уровня воды в бассейне ПЭС является неизбежным следствием создания напора воды, необходимого для работы гидроагрегатов. Это приводит как к понижению уровня прилива, т.е. перерождению верхней части осушной полосы (литорали) в наземный биотоп, так и к повышению нижнего уровня воды во время отлива, т.е. к затоплению соответствующей нижней полосы осушной зоны. Первое из этих явлений означает потерю существенной части пологой литорали. Повышение нижнего уровня воды после возведения ПЭС должно приводить к соответствующему смещению вверх наиболее продуктивной зоны экосистемы верхней сублиторали. В период перестройки (сукцессии) морской экосистемы возможно значительное снижение биоразнообразия и ее продуктивности. Впоследствии условия существования литоральных и верхнесублиторальных биоценозов в значительной мере зависят от режима работы ПЭС. При нестабильном режиме работы ПЭС, при специальных задержках уровня воды, а тем более при частичном осушении верхней сублиторали, морские биоценозы деградируют. Подобные явления наблюдались, например, на Кислогубской ПЭС в начале 80-х годов ХХ века (Марфенин и др., 1995).

Сооружение Северной ПЭС неизбежно приведет к снижению запасов фукусовых водорослей на 30% вследствие изменения режима приливных уровней и сокращения площади приливной зоны (Безносов и др., 2009)

Понижение верхней границы прилива может сказаться на изменении уровня грунтовых вод низменной части территорий, непосредственно прилегающих к бассейну будущей ПЭС. В свою очередь это может неблагоприятно отразиться на растительности сельскохозяйственных и естественных (особенно болотных) экосистем. Обычно при проектировании ПЭС за рубежом на возможное изменение уровня грунтовых вод обращают большое внимание (Марфенин и др., 1995).

Данный аспект по форме можно рассматривать как сопутствующий, но его механизм, в зависимости от принятия или непринятия мер по экологической оптимизации, может быть как управляющим, так и деградационным. В первом случае режим работы ПЭС разрабатывается с учетом воздействия возможных изменений колебаний уровня вод на различные компоненты складывающейся ПТС. Это воздействие можно сделать управляемым, наносящим наименьший вред.

v Создание барьера на путях миграции морских организмов и их травмирование при прохождении через гидроагрегаты ПЭС. Состав мигрирующей фауны в морских водах более разнообразен, чем в реках. Помимо рыб, в эту группу входят морские млекопитающие и некоторые беспозвоночные (например, камчатский краб). С одной стороны, это усложняет оценку возможных последствий. С другой стороны, бассейны ПЭС в большинстве случаев представляют собой несравнимо меньший миграционный ареалЭто не относится к ПЭС, создаваемым в эстуариях крупных рек, в которых осуществляется нерест проходных рыб (их примером является Мезенская ПЭС)., по сравнению с размерами миграций у проходных рыб, встречающих непреодолимые препятствия в виде плотин ГЭС на крупных реках.

Кроме того, относительно низкий напор и периодичность работы ПЭС, связанные с амплитудой и ритмом приливно-отливных явлений, дают реальную возможность сделать плотину ПЭС «биологически проницаемой» (проходимой для биологических объектов). Это достигается одновременно двумя способами, которые могут считаться направлениями экологической оптимизации:

Ш Использованием низконапорных ортогональных турбин, через которые большая часть планктонных организмов и мальков рыб проходит, не получая повреждений (Усачев, 2003). Кроме того, различные организмы, не получая травм, могут мигрировать по трактам гидроагрегатов при их периодической остановке (во время фаз приливно-отливных колебаний уровня, не создающих на плотине достаточного напора для эффективной работы турбин). Так, по наблюдениям водолазов, работающих на Кислогубской ПЭС (Баренцево море), через эти отверстия происходит массовое передвижение молоди акклиматизированного здесь камчатского краба.

Ш Разработкой специальных рыбопропускных сооружений (РПС). Их эффективность в данном случае может быть существенно выше, чем на ГЭС. Связано это с тем, что перепад уровня на плотине ПЭС относительно невелик - всего несколько метров (на ГЭС он, как правило, составляет несколько десятков и более метров). Принципиальным отличием является и то, что вода через плотину ПЭС движется не в одном, а в двух периодически меняющихся направлениях. При этом напор вод в рыбоходах значительно изменяется в зависимости от фазы приливно-отливных колебаний уровня моря. Поэтому хороший эффект может дать, например, использование так называемого «ниточного рыбохода», разрабатывавшегося при проектировании Северной ПЭС. Он состоит из ряда каналов, проходящих сквозь плотину. На каждом канале или нити располагается от одной до трех камер, то есть бассейнов, где движение воды замедляется. В зависимости от числа этих камер скорость потока воды в разных нитках рыбоходов постоянно отличается. Поэтому в каждый момент времени хотя бы в одном рыбоходе существуют условия для миграции рыбы. Кроме того, во всех камерах могут быть размещены специальные камни-убежища, стоя за которыми, рыба может переждать период максимальной скорости движения вод. Возможны и другие решения.

По форме данный аспект техногенеза является сопутствующим (табл. 4.2). Экологический механизм его проявления на практике может быть различен. В отсутствии мер по экологической оптимизации вероятен модифицирующий механизм техногенеза (снижение численности или исчезновение из бассейна ПЭС мигрирующих форм). Возможно и создание управляющего механизма на основе манипуляции режимом работы рыбопропускных сооружений и гидроагрегатов с целью сохранения благоприятной экологической ситуации.

В обобщенном виде изложенные выше последствия техногенеза морской среды, обусловленные строительством и эксплуатацией объектов приливной энергетики, можно представить в форме следующих заключений:

· Строительство ПЭС неминуемо приводит к формированию ПТС, включающей практически все компоненты природной среды в ее бассейне и различные производственные объекты, которые возникли благодаря существованию электростанции (например, размещаемые в бассейне ПЭС хозяйства марикультуры и туристические объекты). Отличительной чертой данных ПТС является их «компактность». В это определение мы не вкладываем представление о масштабах воздействий (они могут быть различны), а подчеркиваем четкую ограниченность их в пространствеЭта ограниченность не носит абсолютного характера. Некоторые виды воздействия могут проявляться и за пределами бассейна ПЭС. Например, в случае реализации проекта Мезенской ПЭС некоторые виды морских млекопитающих будут вынуждены перейти на другие местообитания.. С этой точки зрения ПТС, формирующиеся на базе ПЭС, в определенной степени аналогичны ПТС, образующимся на основе системы «АЭС (ТЭС) - водоем-охладитель» (см. раздел 3.2.2). Однако обратная связь компонентов ПТС с объектом энергетики здесь практически не выражена. Так, качество вод в бассейне почти не оказывает непосредственного влияния на работу ПЭС. Отдельные виды биопомех могут возникнуть и здесь (например, забивка гидроагрегатов фрагментами водной растительности, развившейся в бассейне ПЭС вследствие его избыточного эвтрофирования, или телами рыб при их массовой гибели в результате экстремального изменения условий). Однако значимость этих явления несравнима с опасностью, которую представляют биопомехи в работе АЭС или ТЭС. В регулировании воздействия ПЭС на другие компоненты ПТС большее значение имеют экономические и социальные факторы. В частности, относительно высокая цена производства электроэнергии на этих объектах может быть хотя бы отчасти компенсирована их экологической безопасностьюНапример, развитие и реализация проектов альтернативной энергетики поддерживается МФК и другими международными и национальными финансовыми организациями (Безносов и др., 2010б).. В связи с этим формирование позитивного экологического имиджа для ПЭС крайне важно.

· Воздействие ПЭС на окружающую среду носит многоплановый характер. Оно может быть как негативным, так и позитивным. При этом некоторые виды воздействий могут иметь катастрофические последствия, приводящие к экологической деградации участка моря в бассейне ПЭС. Масштаб этих явлений зависит от масштаба объектов. В том случае, если негативные процессы, приводящие к массовой гибели водных организмов на первых небольших по своим размерам ПЭС, будут развиваться при реализации более крупных проектов приливной энергетики, то экологический ущерб от них будет сравним с таковым при строительстве крупных ГЭС.

· Практически все негативные воздействия, связанные с эксплуатацией ПЭС, могут быть предотвращены или снижены до приемлемого уровня на основе использования различных способов экологической оптимизации методов строительства и режима работы данных объектов.

· ПТС, формирующаяся на основе ПЭС, потенциально обладает высокой степенью управляемости, поскольку ее состояние, как правило, может быть улучшено (или сохранено) путем манипуляции режимом работы одного производственного объекта и/или осуществляемыми им специальными мерами по экологической оптимизации (отвод стока пресных вод, ликвидация застойных зон, изъятие загрязненных наносов и др.).

· Априорное отнесение приливной энергетики к области, развитие которой не несет опасности для окружающей среды, некорректно. Экологическая безопасность ПЭС, как и любых других производственных объектов, может быть адекватно оценена только на основе анализа воздействий, оказываемых на компоненты природной среды, и их влияния на возможность получения населением экосистемных услуг, связанных с эксплуатацией морских ресурсов. Важной составляющей этой оценки должно являться определение эффективности мер по экологической оптимизации основных аспектов техногенеза морской среды, обусловленных строительством и функционированием ПЭС.

V. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕГРАДАЦИИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

5.1 Концептуальные принципы исследования процессов деградации. Определение базовых понятий

Несмотря на то, что термин «деградация» весьма распространен, в том числе и при оценке состояния водных объектов, общепринятое определение данного процесса отсутствует. В результате данный термин используется для обозначения принципиально различных категорий явлений. Например, под деградацией понимается как снижение биоразнообразия водной экосистемы, так и истощение водного объекта. Не ставя задачей обзор различных употреблений термина «деградация», отметим лишь, что, как известно, наиболее желательным вариантом использования какого-либо понятия является то, которое позволяет полнее отразить суть описываемого явления. По этой причине мы сочли необходимым предварить обоснование приводимого в монографии толкования термина «деградация водного объекта» изложением ряда концептуальных принципов изучения данного процесса, выработанных в ходе проведенных исследований.

v Соответствие этимологии употребляемого термина описываемым явлениям. Несоблюдение этого вполне очевидного требования в научной литературе - достаточно обычное явление и практически всегда ведет к утрате однозначности понимания используемых понятий, необходимости дополнительных пояснений своей позиции и дискуссий, затмевающих саму суть проблемы. Так что же такое деградация? Данный термин происходит от латинского слова degradatio, образованного с помощью приставки de - «вниз» и от gradior - «шагать» (Шанский, 1973). Буквально он означает снижение, процесс ухудшения характеристик какого-либо объекта или явления с течением времени, движение назад, постепенное ухудшение, упадок, снижение качества. Качество же в общем смысле однозначно трактуется как степень соответствия совокупности присущих объекту характеристик требованиям, которые предъявляются к данному объекту человеком. Так, согласно определению, данному в пункте 4 ГОСТ 17.1.1.01-77 «Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения», «Качество воды - характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования». В полной мере это относится и к экологическим (природоохранным требованиям). Хотя предметом этих требований является состояние природных (в т.ч. биологических) объектов, их субъектом является человек, а объектом - общественные отношения в сфере эксплуатации природных ресурсов. Иными словами, экологические требования, например, по сохранению биологического разнообразия предъявляются не к водоему, а к юридическим и физическим лицам, которые, с одной стороны, эксплуатируют данный водоем, а с другой стороны, обязаны в ходе своей служебной деятельности охранять его биоту от неблагоприятных воздействий. Таким образом, деградация водного объекта - это снижение (утрата) его качеств, представляющих ценность для человека.

Деградация может быть вызвана не только техногенезом (более широко - антропогенными факторами). Этот процесс может быть обусловлен и естественными причинами. Примером является естественная деградация озер вследствие их зарастания, накопления наносов и превращения в болото. В соответствии с этим различают естественную и антропогенную (техногенную) деградацию. На современном этапе преобладает второй из этих процессов. Поэтому в дальнейшем, употребляя термин деградация, мы, как правило, подразумеваем техногенную деградацию.

v Многоплановость процесса деградации водных объектов. Для описания качества водного объекта (а, следовательно, и степени его деградации) может быть использовано множество различных по своей природе характеристик. Например, это одновременно может быть и его пригодность для забора питьевой воды, и возникновение препятствий для судоходства в результате понижения уровня его вод. Следовательно, для адекватного и полного описания наблюдающихся явлений термин «деградация» должен одновременно основываться на пригодности водного объекта удовлетворять обширный комплекс потребностей в сферах водопользования и природопользования в целом. Эти «общеприродопользовательские» потребности выражаются в том, что человек использует (и оценивает качество) водоема не только как такового, но и как компонента окружающей среды. Например, как значимого элемента видеоэкологического потенциала территории в целом (а, следовательно, и цены на земельные участки) или как источника пресной воды, необходимого для сельскохозяйственного освоения территории. В этом же ракурсе рассматривает проблему и действующее законодательство РФ. Так, в статье 3, пункт 1 Водного кодекса РФ (от 03.06:2006 г. №74-ФЗ) указывается: «Регулирование водных отношений осуществляется, исходя из представления о водном объекте как о важнейшей составной части окружающей среды, среде обитания объектов животного и растительного мира, в том числе водных биологических ресурсов, как о природном ресурсе, используемом человеком для личных и бытовых нужд, осуществления хозяйственной и иной деятельности и одновременно как об объекте права собственности и иных прав».

Для того, чтобы отразить в обобщающем определении термина «деградация» многообразные требования, предъявляемые к водным объектам, их необходимо классифицировать, выделив различные направления, которые можно обозначить как «аспекты деградации»Определение данного термина будет дано в конце раздела.. Основными из них являются:

Ш экологическая деградация, проявляющаяся в разрушении водных экосистем и снижении их биоразнообразия;

Ш водохозяйственная деградация, заключающаяся в утрате возможностей использования ресурсов водного объекта в ходе осуществления различных видов хозяйственной деятельности (т.е. в снижении его водохозяйственного потенциала). Этот аспект включает весьма широкий спектр явлений: от истощения водных объектов (сокращения стока и др.) до их загрязнения, ограничивающего возможность забора вод в системы питьевого или технического водоснабжения;

Ш рыбохозяйственная деградация, в которую целесообразно вкладывать более широкий смысл, чем сокращение рыбных запасов, распространяя данный аспект деградации на снижение количества любых видов водных биологических ресурсов. Целесообразность сохранения термина, не в полной мере отражающего совокупность рассматриваемых явлений, обусловливается его традиционностью и распространенностью в официальных документах. В частности, для оценки данного качества водного объекта, как правило, используется термин «рыбохозяйственный потенциал»;

Ш рекреационная деградация, заключающаяся в снижении (утрате) рекреационного потенциала, т.е. возможности использования водного объекта и окружающей его территории для массового отдыха. Ранее в разделах 3.2.4 и 4.2.1 было показано, что это является основной характеристикой качества обширных категорий водных объектов;

Ш видеоэкологическая деградация, приводящая к снижению видеоэкологического потенциала не только (а, зачастую, и не столько) самого водного объекта, но и территории, к которой он прилегает (или в пределах которой он расположен). Данный аспект не следует смешивать с предшествующим. Многие водные объекты, состояние которых существенно влияет на социальную привлекательность территории, не используются в рекреационных целях. Не следует придавать видеоэкологической деградации и второстепенное значение в силу новизны этого понятия. Данный фактор в условиях роста народонаселения и его потребностей, а также стремительных темпов урбанизации территории приобретает все большее экономическое значение. Цена на земельные участки, на которых можно возводить селитебные зоны с видом на водные объекты (акватории) с разным видеоэкологическим потенциалом может отличаться в разы. На его улучшение (поддержание) могут выделяться финансовые средства, превышающие таковые, выделяемые на предотвращение экологической деградации этих же объектов;

Ш культурно-историческая деградация. Некоторые водные объекты или их отдельные части имеют ценность как объект истории и/или религиозного культа. Одним из примеров являются некоторые водоемы, расположенные на территории древних монастырей или вблизи них. Утрату их облика (значимую трансформацию внешнего вида, хозяйственное перепрофилирование и пр.) и, тем более, полную их утрату следует рассматривать как важнейшую часть проблем деградации водных объектов.

Очевидно, что границы между перечисленными выше основными аспектами деградации водных объектов во многом носят условный характер. В некоторых случаях они лишь отражают различные стороны одних и тех же явлений, преломляющихся через интересы определенных организаций и физических лиц, т.е. различных групп стейкхолдеров (см. раздел. 1.5). Именно по этой причине мы и рассматриваем их как аспекты процесса, а не виды деградации. Вместе с тем, как будет показано в последующих разделах монографии, выделение в рамках процесса деградации отдельных аспектов является необходимым условием как для полноты его оценки, так и для научного обоснования, необходимого для разработки эффективных мер по предотвращению развития нежелательных тенденций. Как показывает опыт, выделение отдельных аспектов деградации в совокупности с их комплексным анализом на практике бывает немаловажным при решении вопросов финансирования. Так, при разработке проектов инженерно-экологического обустройства водных объектов, направленных на предотвращение их экологической деградации (или их экологической реабилитации), весьма полезным является увязка мер по сохранению водных экосистем с созданием высокого видеоэкологического потенциала территории (или в более широком смысле - ее социальной привлекательности). Например, большинство проектов восстановления деградировавших МГВО (см. раздел 3.2.4), в разработке которых авторы монографии принимали участие, осуществлялись с целью благоустройства городских земель. Причем основной ставящейся задачей было именно достижение позитивного восприятия их внешнего вида. Работа специалистов-экологов в данной ситуации, помимо прочего, заключается в разработке обоснования необходимости специальных мер по сохранению (восстановлению) биотических компонентов данных водных объектов.