"Антропогенизация водных объектов Южного Урала и пути их реконструкции -- Проблемы экологии Южного Урала" - читать интересную книгу автора (Кривопалова З.Ф.)

                                                         З.Ф. Кривопалова 

 

Антропогенизация водных объектов Южного Урала и пути их реконструкции

 

Южный Урал находится в зоне недостаточного увлажнения и по своему географическому положению имеет ограниченные водные ресурсы. Особое тяжелое положение создалось в Челябинской области, где густота речной сети довольно низкая и составляет в среднем 0,03 км на кв. км. территории. На одного жителя области приходится в 16 раз меньше поверхностного стока рек, чем в России. По количеству воды на одного человека в Уральском регионе область занимает последнее место.

В связи с острой потребностью освоения территории Южного Урала (развития промышленности и сельскохозяйственного производства) возникла необходимость в интенсификации водного хозяйства, которое призвано решать две основные проблемы - покрытие дефицита водных ресурсов и обеспечение населения и объектов народного хозяйства водой нормативного качества. Снижение дефицита воды осуществляется за счет переброски стока рек, сооружения водохранилищ, развития оборотных систем на предприятиях, отъема воды из озер, сокращения расходов воды, использования доочищенных сточных вод в техническом водоснабжении.

В зависимости от водности года изменяется направленность водного хозяйства. Маловодные и многоводные годы рассматриваются как особое гидрологическое явление с характерным стоком, генезисом, охватом территорий, последствиями. В маловодный год (1975-1977) усиливается дефицит воды и такие явления как снижение уровня, пониженная разбавляемость, повышение чувствительности экосистемы к воздействию загрязнений. При обеспеченности года менее 30% планирование землепользования без учета гидрологических особенностей водных объектов приводит к затоплению прибрежных территорий. Это наглядно показали 1993-1994 годы, в Челябинской области аварийные ситуации отмечали в береговых зонах озер Смолино, Первое, рек Урал, Уй, Миасс, Кыштымка.

Таким образом, развитие водного хозяйства в той или иной степени оказывает влияние на окружающую среду и возникают новые проблемы. Обращают особое внимание такие негативные явления как заболачивание, зарастание, "цветение", засоление, изменение биоценоза водных объектов, блокирование путей миграции рыб, разрушение ландшафта, уменьшение речного притока, затопление территорий, истощение и загрязнение поверхностных и подземных вод. В результате интенсивного использования река из природно-гидрографической сети преобразуется в природно-техническую водохозяйственную систему. Сюда можно отнести и р. Урал в пределах Челябинской и Оренбургской областей и р. Миасс в пределах Челябинской и Курганской областей. Качественные изменения в водных объектах отражаются на водопотребителях и наносят им значительный экономический ущерб. Только за счет "цветения" воды в маловодные годы возникали помехи в питьевом и техническом водоснабжении городов Курган, Касли, Магнитогорск, Миасс, Оренбург, Орск, Челябинск.

Очевидно, что отрицательные последствия взаимодействия водохозяйственной деятельности с окружающим ландшафтом объясняются отсутствием мероприятий, направленных на приспособление освоения водосборной площади и водного объекта к новым условиям. Для того, чтобы их разработать, необходимо обладать определенным уровнем знаний, которые приобретаются на основе использования результатов научных исследований. Результаты исследований обогащают банк данных в связи с тем, что объекты отличаются разнообразием природных условий прилегающих территорий, характером освоения водосборной площади, количеством поступающих в них загрязняющих веществ, гидрологическими, гидрохимическими и гидробиологическими показателями, что позволяет выявить изменения, происходящие под воздействием различных факторов. Потребностью практики является выбор оптимальных вариантов управления водными ресурсами за счет реконструирования водных объектов и их береговых зон. Потребность со временем обостряется в виду новых подходов, нового статуса водного объекта.

В 90-х годах Европейской экономической комиссией ООН были выработаны Руководящие принципы экосистемного подхода к водохозяйственной деятельности, которая вызывает необходимость в существовании нового уровня понимания и ответственности за решение экологических проблем.

Однако, на Южном Урале ни наблюдательные, ни контролирующие организации на современном этапе не имеют возможности руководствоваться этими принципами. В то время как изучение водных ресурсов Южного Урала имеет особую теоретическую и практическую значимость, так как данный регион относится к районам, для которых отмечается пониженная устойчивость экосистем к техногенным нагрузкам.

Методологию исследования на экосистемном уровне разрабатывает Южноуральский филиал Российского НИИ комплексного использования и охраны водных ресурсов (ЮУФ РосНИИВХ).

          Основными положениями разрабатываемой методологии являются:

           •  водный объект - биологическая система, требующая особой охраны и разумной эксплуатации, все небиологические аспекты водопользования должны рассматриваться как дополнительные при условии не нарушения устойчивости и надежности функционирования экосистем и повышения биопродуктивности;

• водный объект рассматривается как единое целое; особое значение заслуживают процессы, в результате которых функционирует экосистема, ее способность к обмену веществ, миграции ингредиентов в подсистемах вода-грунты, вода-водосбор, вода-биологический объект;

 

• экосистемный подход при изучении водных ресурсов предусматривает их особенность (тип водного объекта, характер освоения береговой зоны, климатические условия).

Согласно разрабатываемой методологии, исследования состояния водных объектов включают следующие этапы: оценка, выявление факторов формирования, прогнозирования и управления. Объекты исследования находятся в основном на территории Челябинской области, эпизодически - Оренбургской и Курганской. Особое внимание обращается на объекты, которые имеют сложную водохозяйственную обстановку или представляют ценность в природном отношении. Анализируются гидрохимические, гидробиологические и гидрологические показатели, поверхностный сток, атмосферные осадки, сточные воды, донные отложения.

Оценка состояния водных объектов, при условии ее репрезентативности, имеет большое значение, так как она является необходимой частью водохозяйственных мероприятий на этапах: планирования, проектирования, строительства и эксплуатации. Основная задача этапа оценки заключается в выявлении новых аспектов, раскрывающих особенности водных объектов, которые не отражаются параметрами, используемыми в настоящее время.

Так, в определенных регионах России, в том числе и Челябинской области, проходят апробацию "Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия". Положительным методом этого документа является использование ненормируемых гидрохимических показателей, а также гидробиологических. Однако, в "Критериях..." отсутствует методология учета региональных особенностей: дефицита водных ресурсов, климатических особенностей, геохимической аномалии, характера и степени освоения, водосборной” площади, направленности процессов в водоемах.

Все эти факторы принимались во внимание при оценке состояния водных объектов, которая проводилась с точки зрения отклонения  качества воды от нормы и зонального фона, исходя из собственных исследований и фондовых материалов других организаций. Согласно полученным данным проведена типизация рек и водоемов. Для рек выделены три типа:

Первый тип - река, протекающая в районе, где хозяйственная деятельность занимает незначительное место. Химический состав ее воды отражает ландшафтные особенности данной территории и подчиняется закону географической зональности: класс воды гидро­карбонатный; минерализация воды не превышает 250 мг/л. Содержание биогенных элементов соответствует фоновому (р. Киалим, р. Куштумга).

Второй тип - река, протекающая в зоне промышленного освоения. Вода по химическому составу азональна, содержит повышенное содержание солей, тяжелых металлов, класс становится сульфатным (р. Актус, р. Сак-Елга, отдельные участки рек Миасс, Урал).

Третий тип рек - береговая зона сельскохозяйственного освоения. Вода обогащена биогенными элементами, на зарегулированных участках отмечается ее "цветение" (Биргильда, Бишкиль, Убалы).

Водоемы по результатам исследований подразделены на четыре типа.

К первому типу относятся водоемы, по качеству воды, в основном, подчиняющиеся закону географической зональности - класс воды гидрокарбонатный, минерализация не превышает 850 мг/л. Вода имеет высокую прозрачность и низкую цветность. Биомасса фитопланктона - не более 1 мг/л. Озера олиготрофные. Изменения во времени заключаются в повышении сульфатов, минерализации, биомассы гидробионтов в рамках одного трофического уровня. К этому типу принадлежат озера Тургояк и Увильды. Антропогенное воздействие - отъем воды и рекреация.

Ко второму типу относятся водоемы, где сохраняются фоновые показатели по солевому составу. Минерализация не превышает 400 мг/л, преобладают гидрокарбонаты. В воде, по сравнению с фоном, повышенные концентрации азота и фосфора, биомассы фито­планктона. Уровень трофии - мезотрофный. Это - озеро Кисегач, Верхнеуральское и Иремельское водохранилища.

Водоемы, где качество воды азонально, относятся к третьему типу. Минерализация воды возрастает до одного грамм на литр, преобладают сульфаты или хлориды. Биомасса фитопланктона достигает десятки и даже сотни мг/л. Водоемы эвтрофные. В отдельных случаях появляются солелюбивые водоросли, а также смещается экологическое равновесие в сторону превышения первичной продукции либо деструкции. Примерами этого типа являются озера Шелюгино, Второе, Первое, водохранилища Магнитогорское, Троицкое, Ириклинское. Основной фактор формирования - поступление сточных вод.

К четвертому типу относятся водоемы, которые по солевому составу в основном сохраняют фоновые концентрации ингредиентов, но отмечаются аномалии как по гидробиологическим, так и гидрохимическим показателям. У одних в отдельные периоды появляются сульфатные воды, у других - новые виды гидробионтов. Это озеро Чебаркуль, водохранилища Аргазинское, Шершневское, Южноуральское.

Данная типизация была проведена на основании результатов, полученных разными организациями в разные периоды, при этом не всегда использовались показатели, в большей степени отражающие состояние экосистемы. С целью устранения указанных недостатков впервые ЮУФ РосНИИВХ на примере Челябинской области в период летнего паводка 1993 года проанализировано состояние 32 водных объектов, отличающихся типом (река, озеро, водохранилище), положением в географической зоне, характером освоения береговой зоны, с изучением ингредиентов, отражающих круговорот вещества и функцио­нирование экосистемы - азот и фосфор - в различных формах (минеральные и органические, растворимые и взвешенные). Результаты свидетельствуют, что для всех исследуемых объектов характерно превышение по отдельным показателям норм (ПДК) и до 50% - отклонение от фона.

Выявление факторов, формирующих состояние водных объектов, а также анализ происходящих под их воздействием процессов проводили различными методами. Первоначально определяли антропогенную составляющую в состоянии водоема. Использовали, в зависимости от наличия данных, балансовые расчеты или отношение ингредиентов к показателям, в меньшей степени, подверженных хозяйственной деятельности - кремний, бикарбонаты. Благодаря этому методу выявлены водные объекты, где в формировании преобладает природная составляющая, хотя превышение ПДК для отдельных ингредиентов зафиксировано (реки Кыштымка, Косая, Кыштымское водохранилище).

Особые трудности определения доли хозяйственной деятельности представляли водохранилища, где ведущими факторами являлись не только загрязнение, но и зарегулирование и внутриводоемные процессы, ЮУФ РосНИИВХ был разработан метод оценки каждой из составляющих антропогенного воздействия. В одних водохранилищах преобладали процессы самоочищения (Аргазинское, Верхнеуральское, Ириклинское, Иремельское), в других - загрязнение (Магнитогорское, Троицкое, Южноуральское). В арсенале применяемых методик - изучение причинно-следственных связей между гидрохимическими, гидробиологическими, климатическими параметрами, которые позволяют определить важнейшие факторы формирования того или иного процесса.

Особое внимание на Южном Урале заслуживает проблема борьбы с "цветением" воды и помехами в водоснабжении. Единственный опыт на примере воды Магнитогорского водохранилища был проведен институтом ботаники АН УССР, который показал возможность использования методов манипулирования, то есть создание желательных конкурентных взаимоотношений между отдельными компонентами экосистемы. Исследования свидетельствуют, что определенный вид бактерий (цианолизирующие) обеспечивает на всех этапах формирования "цветения" воды борьбу с сине-зелеными водорослями.

ЮУФ РосНИИВХ, на основании полученных корреляционных зависимостей, были выявлены параметры, обусловливающие развитие фитопланктона и "цветение" воды в Шершневском и Аргазинском водохранилищах. А используя дополнительно метод лабораторного моделирования с различными добавками, были выделены лимитирующие показатели, обусловливающие этот процесс в озерах Кисегач, Увильды и в Долгобродском и Шершневском водохранилищах.

Экспериментальное исследование проводили с целью определения влияния на водные объекты донных отложений (озера Шелюгино, Первое, водохранилища Аргазинское, Шершневское) и пиритовых отложений (р. Сак-Елга). При лабораторном и натурном моделировании создавали разнообразные условия: аэробные и анаэробные, различный температурный режим, время и скорость контакта с водой.

Значительную трудность представляет определение значимости поверхностного рассеянного стока в формировании качества воды. На примере реки Миасс изучалась его береговая зона, на которой расположено 11 хозяйств (Аргаяшский и Сосновский районы). Помимо исследования непосредственно воды реки и отдельно каждого хозяйства был апробирован расчетный метод оценки сельскохозяйственной нагрузки на водный объект, исходя из освоения сферы производства, естественных угодий и рельефа местности. Для определения влияния пестицидов (гексохлорана) на водную экосистему использовали их миграцию по трофической цепи: вода - растения - планктон - бентос - ил - рыба.

В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что ведущим фактором формирования негативных изменений в водных объектах Южного Урала является поступление организованных сточных вод (промышленных, сельскохозяйственных, хозбытовых). В меньшей степени оказывают влияние поверхностный сток, донные отложения, зарегулирование и внутриводоемные процессы.

Третий этап исследований представляет собой прогнозирование качества воды. Разработанная методика прогноза состояния фитопланктона, "цветения" воды и трофии для малых водохранилищ и озер доказала свою состоятельность при апробации на озерах и водохранилищах Челябинской области, в том числе на водных объектах трассы переброски стока реки Уфы в реку Миасс (Долгобродское, Кыштымское водохранилища, озеро Увильды).

Совместно с Челябинским филиалом института "ВОДГЕО" был составлен прогноз гидрохимических и гидробиологических показателей озер Шелюгино - Второе - Первое, на основе которого были разработаны мероприятия по улучшению качества воды данных озер, при использовании их в системах технического водоснабжения города Челябинска. Метод математического моделирования применялся при прогнозировании состояния системы озер Силач-Сунгуль -Киреты-Касли, озер Сары-куль, Чебаркуль .

Планируется совершенствование используемых методов прогнозирования и разработка новых для отдельных процессов и звеньев водных экосистем.

Завершающим этапом исследования водных объектов является разработка их реконструкции, выбор мероприятий по устранению или снижению негативных последствий. Комплекс мер проводится на водосборной площади, в водоеме, на источниках локального поступления загрязнений и водозаборе.

Мероприятия, разрабатываемые на водосборной площади, направлены на оптимизацию размещения производительных сил в зависимости от угодий (леса, поля, луга) и рельефа местности.

С целью повышения эффективности водоохранных зон предлагается учитывать нагрузку на береговую зону и самоочищающую способность водоема. Внедрение научно-обоснованных мероприятий в сфере производства и сфере водоотведения на водосборной площади сельскохозяйственного освоения реки Миасс значительно улучшило качество воды. Это удалось достигнуть изменением севооборота, залужением, лесонасаждением, обвалованием на береговой зоне, а также отводом поверхностного стока в болота.

Повышение самоочищающей способности водоемов осуществляется набором новых инженерных решений. С целью перехвата загрязняющих веществ, поступающих с территорий Карабашского медеплавильного комбината, сооружен пруд на реке Миасс. В перспективе рационально ввести в действие водоохранный комплекс на реке Сак-Елга, включающий два пруда - отстойный и биологический.

Магнитогорский промузел является крупнейшим загрязнителем реки Урал, но бла­годаря сооружению продольных и поперечных дамб, часть Магнитогорского водохранилища превращена в пруд, выполняющий функции отстойника и охладителя.

Комплекс мер по повышению самоочищающей способности должен расширяться за счет регулирования проточностью, зарастаемостью, накоплением донных отложений, но в каждом конкретном случае необходимы исследования водного объекта и выбор оптимального варианта улучшения его качества воды.

В Челябинской области используются каскады озер для доочистки сточных вод. Однако, отсутствие научно-обоснованных правил эксплуатации водоемов не позволяет сохранить их самоочищающую способность. Это касается прежде всего систем Табанкуль-Теренкуль-Кисегач, Каспийских озер, а также Шелюгино-Второе. Что касается предотвращения помех в водоснабжении за счет развития водорослей, то апробируются разработанные мероприятия в районе водозабора (зеленая защита, аэрация, селективный забор воды) и на очистных сооружениях (введение аммонизации, озонирования, окисления перманганатом калия).

Таким образом, антропогенизация территории Южного Урала охватила большую часть водных объектов. Многообразие источников загрязнения, избирательное действие на водные ресурсы предусматривает строго индивидуальный подход при оценке нагрузки и выбору мероприятий по ее снижению. Первоочередные задачи науки: разработка основ по использованию вторичных ресурсов, оптимизации освоения водосборной площади и эксплуатации водных объектов.

 

 

Источник: Проблемы экологии Южного Урала. - 1995. - №1.-С.21-25.

 

                                                         З.Ф. Кривопалова 

 

Антропогенизация водных объектов Южного Урала и пути их реконструкции

 

Южный Урал находится в зоне недостаточного увлажнения и по своему географическому положению имеет ограниченные водные ресурсы. Особое тяжелое положение создалось в Челябинской области, где густота речной сети довольно низкая и составляет в среднем 0,03 км на кв. км. территории. На одного жителя области приходится в 16 раз меньше поверхностного стока рек, чем в России. По количеству воды на одного человека в Уральском регионе область занимает последнее место.

В связи с острой потребностью освоения территории Южного Урала (развития промышленности и сельскохозяйственного производства) возникла необходимость в интенсификации водного хозяйства, которое призвано решать две основные проблемы - покрытие дефицита водных ресурсов и обеспечение населения и объектов народного хозяйства водой нормативного качества. Снижение дефицита воды осуществляется за счет переброски стока рек, сооружения водохранилищ, развития оборотных систем на предприятиях, отъема воды из озер, сокращения расходов воды, использования доочищенных сточных вод в техническом водоснабжении.

В зависимости от водности года изменяется направленность водного хозяйства. Маловодные и многоводные годы рассматриваются как особое гидрологическое явление с характерным стоком, генезисом, охватом территорий, последствиями. В маловодный год (1975-1977) усиливается дефицит воды и такие явления как снижение уровня, пониженная разбавляемость, повышение чувствительности экосистемы к воздействию загрязнений. При обеспеченности года менее 30% планирование землепользования без учета гидрологических особенностей водных объектов приводит к затоплению прибрежных территорий. Это наглядно показали 1993-1994 годы, в Челябинской области аварийные ситуации отмечали в береговых зонах озер Смолино, Первое, рек Урал, Уй, Миасс, Кыштымка.

Таким образом, развитие водного хозяйства в той или иной степени оказывает влияние на окружающую среду и возникают новые проблемы. Обращают особое внимание такие негативные явления как заболачивание, зарастание, "цветение", засоление, изменение биоценоза водных объектов, блокирование путей миграции рыб, разрушение ландшафта, уменьшение речного притока, затопление территорий, истощение и загрязнение поверхностных и подземных вод. В результате интенсивного использования река из природно-гидрографической сети преобразуется в природно-техническую водохозяйственную систему. Сюда можно отнести и р. Урал в пределах Челябинской и Оренбургской областей и р. Миасс в пределах Челябинской и Курганской областей. Качественные изменения в водных объектах отражаются на водопотребителях и наносят им значительный экономический ущерб. Только за счет "цветения" воды в маловодные годы возникали помехи в питьевом и техническом водоснабжении городов Курган, Касли, Магнитогорск, Миасс, Оренбург, Орск, Челябинск.

Очевидно, что отрицательные последствия взаимодействия водохозяйственной деятельности с окружающим ландшафтом объясняются отсутствием мероприятий, направленных на приспособление освоения водосборной площади и водного объекта к новым условиям. Для того, чтобы их разработать, необходимо обладать определенным уровнем знаний, которые приобретаются на основе использования результатов научных исследований. Результаты исследований обогащают банк данных в связи с тем, что объекты отличаются разнообразием природных условий прилегающих территорий, характером освоения водосборной площади, количеством поступающих в них загрязняющих веществ, гидрологическими, гидрохимическими и гидробиологическими показателями, что позволяет выявить изменения, происходящие под воздействием различных факторов. Потребностью практики является выбор оптимальных вариантов управления водными ресурсами за счет реконструирования водных объектов и их береговых зон. Потребность со временем обостряется в виду новых подходов, нового статуса водного объекта.

В 90-х годах Европейской экономической комиссией ООН были выработаны Руководящие принципы экосистемного подхода к водохозяйственной деятельности, которая вызывает необходимость в существовании нового уровня понимания и ответственности за решение экологических проблем.

Однако, на Южном Урале ни наблюдательные, ни контролирующие организации на современном этапе не имеют возможности руководствоваться этими принципами. В то время как изучение водных ресурсов Южного Урала имеет особую теоретическую и практическую значимость, так как данный регион относится к районам, для которых отмечается пониженная устойчивость экосистем к техногенным нагрузкам.

Методологию исследования на экосистемном уровне разрабатывает Южноуральский филиал Российского НИИ комплексного использования и охраны водных ресурсов (ЮУФ РосНИИВХ).

          Основными положениями разрабатываемой методологии являются:

           •  водный объект - биологическая система, требующая особой охраны и разумной эксплуатации, все небиологические аспекты водопользования должны рассматриваться как дополнительные при условии не нарушения устойчивости и надежности функционирования экосистем и повышения биопродуктивности;

• водный объект рассматривается как единое целое; особое значение заслуживают процессы, в результате которых функционирует экосистема, ее способность к обмену веществ, миграции ингредиентов в подсистемах вода-грунты, вода-водосбор, вода-биологический объект;

 

• экосистемный подход при изучении водных ресурсов предусматривает их особенность (тип водного объекта, характер освоения береговой зоны, климатические условия).

Согласно разрабатываемой методологии, исследования состояния водных объектов включают следующие этапы: оценка, выявление факторов формирования, прогнозирования и управления. Объекты исследования находятся в основном на территории Челябинской области, эпизодически - Оренбургской и Курганской. Особое внимание обращается на объекты, которые имеют сложную водохозяйственную обстановку или представляют ценность в природном отношении. Анализируются гидрохимические, гидробиологические и гидрологические показатели, поверхностный сток, атмосферные осадки, сточные воды, донные отложения.

Оценка состояния водных объектов, при условии ее репрезентативности, имеет большое значение, так как она является необходимой частью водохозяйственных мероприятий на этапах: планирования, проектирования, строительства и эксплуатации. Основная задача этапа оценки заключается в выявлении новых аспектов, раскрывающих особенности водных объектов, которые не отражаются параметрами, используемыми в настоящее время.

Так, в определенных регионах России, в том числе и Челябинской области, проходят апробацию "Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия". Положительным методом этого документа является использование ненормируемых гидрохимических показателей, а также гидробиологических. Однако, в "Критериях..." отсутствует методология учета региональных особенностей: дефицита водных ресурсов, климатических особенностей, геохимической аномалии, характера и степени освоения, водосборной” площади, направленности процессов в водоемах.

Все эти факторы принимались во внимание при оценке состояния водных объектов, которая проводилась с точки зрения отклонения  качества воды от нормы и зонального фона, исходя из собственных исследований и фондовых материалов других организаций. Согласно полученным данным проведена типизация рек и водоемов. Для рек выделены три типа:

Первый тип - река, протекающая в районе, где хозяйственная деятельность занимает незначительное место. Химический состав ее воды отражает ландшафтные особенности данной территории и подчиняется закону географической зональности: класс воды гидро­карбонатный; минерализация воды не превышает 250 мг/л. Содержание биогенных элементов соответствует фоновому (р. Киалим, р. Куштумга).

Второй тип - река, протекающая в зоне промышленного освоения. Вода по химическому составу азональна, содержит повышенное содержание солей, тяжелых металлов, класс становится сульфатным (р. Актус, р. Сак-Елга, отдельные участки рек Миасс, Урал).

Третий тип рек - береговая зона сельскохозяйственного освоения. Вода обогащена биогенными элементами, на зарегулированных участках отмечается ее "цветение" (Биргильда, Бишкиль, Убалы).

Водоемы по результатам исследований подразделены на четыре типа.

К первому типу относятся водоемы, по качеству воды, в основном, подчиняющиеся закону географической зональности - класс воды гидрокарбонатный, минерализация не превышает 850 мг/л. Вода имеет высокую прозрачность и низкую цветность. Биомасса фитопланктона - не более 1 мг/л. Озера олиготрофные. Изменения во времени заключаются в повышении сульфатов, минерализации, биомассы гидробионтов в рамках одного трофического уровня. К этому типу принадлежат озера Тургояк и Увильды. Антропогенное воздействие - отъем воды и рекреация.

Ко второму типу относятся водоемы, где сохраняются фоновые показатели по солевому составу. Минерализация не превышает 400 мг/л, преобладают гидрокарбонаты. В воде, по сравнению с фоном, повышенные концентрации азота и фосфора, биомассы фито­планктона. Уровень трофии - мезотрофный. Это - озеро Кисегач, Верхнеуральское и Иремельское водохранилища.

Водоемы, где качество воды азонально, относятся к третьему типу. Минерализация воды возрастает до одного грамм на литр, преобладают сульфаты или хлориды. Биомасса фитопланктона достигает десятки и даже сотни мг/л. Водоемы эвтрофные. В отдельных случаях появляются солелюбивые водоросли, а также смещается экологическое равновесие в сторону превышения первичной продукции либо деструкции. Примерами этого типа являются озера Шелюгино, Второе, Первое, водохранилища Магнитогорское, Троицкое, Ириклинское. Основной фактор формирования - поступление сточных вод.

К четвертому типу относятся водоемы, которые по солевому составу в основном сохраняют фоновые концентрации ингредиентов, но отмечаются аномалии как по гидробиологическим, так и гидрохимическим показателям. У одних в отдельные периоды появляются сульфатные воды, у других - новые виды гидробионтов. Это озеро Чебаркуль, водохранилища Аргазинское, Шершневское, Южноуральское.

Данная типизация была проведена на основании результатов, полученных разными организациями в разные периоды, при этом не всегда использовались показатели, в большей степени отражающие состояние экосистемы. С целью устранения указанных недостатков впервые ЮУФ РосНИИВХ на примере Челябинской области в период летнего паводка 1993 года проанализировано состояние 32 водных объектов, отличающихся типом (река, озеро, водохранилище), положением в географической зоне, характером освоения береговой зоны, с изучением ингредиентов, отражающих круговорот вещества и функцио­нирование экосистемы - азот и фосфор - в различных формах (минеральные и органические, растворимые и взвешенные). Результаты свидетельствуют, что для всех исследуемых объектов характерно превышение по отдельным показателям норм (ПДК) и до 50% - отклонение от фона.

Выявление факторов, формирующих состояние водных объектов, а также анализ происходящих под их воздействием процессов проводили различными методами. Первоначально определяли антропогенную составляющую в состоянии водоема. Использовали, в зависимости от наличия данных, балансовые расчеты или отношение ингредиентов к показателям, в меньшей степени, подверженных хозяйственной деятельности - кремний, бикарбонаты. Благодаря этому методу выявлены водные объекты, где в формировании преобладает природная составляющая, хотя превышение ПДК для отдельных ингредиентов зафиксировано (реки Кыштымка, Косая, Кыштымское водохранилище).

Особые трудности определения доли хозяйственной деятельности представляли водохранилища, где ведущими факторами являлись не только загрязнение, но и зарегулирование и внутриводоемные процессы, ЮУФ РосНИИВХ был разработан метод оценки каждой из составляющих антропогенного воздействия. В одних водохранилищах преобладали процессы самоочищения (Аргазинское, Верхнеуральское, Ириклинское, Иремельское), в других - загрязнение (Магнитогорское, Троицкое, Южноуральское). В арсенале применяемых методик - изучение причинно-следственных связей между гидрохимическими, гидробиологическими, климатическими параметрами, которые позволяют определить важнейшие факторы формирования того или иного процесса.

Особое внимание на Южном Урале заслуживает проблема борьбы с "цветением" воды и помехами в водоснабжении. Единственный опыт на примере воды Магнитогорского водохранилища был проведен институтом ботаники АН УССР, который показал возможность использования методов манипулирования, то есть создание желательных конкурентных взаимоотношений между отдельными компонентами экосистемы. Исследования свидетельствуют, что определенный вид бактерий (цианолизирующие) обеспечивает на всех этапах формирования "цветения" воды борьбу с сине-зелеными водорослями.

ЮУФ РосНИИВХ, на основании полученных корреляционных зависимостей, были выявлены параметры, обусловливающие развитие фитопланктона и "цветение" воды в Шершневском и Аргазинском водохранилищах. А используя дополнительно метод лабораторного моделирования с различными добавками, были выделены лимитирующие показатели, обусловливающие этот процесс в озерах Кисегач, Увильды и в Долгобродском и Шершневском водохранилищах.

Экспериментальное исследование проводили с целью определения влияния на водные объекты донных отложений (озера Шелюгино, Первое, водохранилища Аргазинское, Шершневское) и пиритовых отложений (р. Сак-Елга). При лабораторном и натурном моделировании создавали разнообразные условия: аэробные и анаэробные, различный температурный режим, время и скорость контакта с водой.

Значительную трудность представляет определение значимости поверхностного рассеянного стока в формировании качества воды. На примере реки Миасс изучалась его береговая зона, на которой расположено 11 хозяйств (Аргаяшский и Сосновский районы). Помимо исследования непосредственно воды реки и отдельно каждого хозяйства был апробирован расчетный метод оценки сельскохозяйственной нагрузки на водный объект, исходя из освоения сферы производства, естественных угодий и рельефа местности. Для определения влияния пестицидов (гексохлорана) на водную экосистему использовали их миграцию по трофической цепи: вода - растения - планктон - бентос - ил - рыба.

В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что ведущим фактором формирования негативных изменений в водных объектах Южного Урала является поступление организованных сточных вод (промышленных, сельскохозяйственных, хозбытовых). В меньшей степени оказывают влияние поверхностный сток, донные отложения, зарегулирование и внутриводоемные процессы.

Третий этап исследований представляет собой прогнозирование качества воды. Разработанная методика прогноза состояния фитопланктона, "цветения" воды и трофии для малых водохранилищ и озер доказала свою состоятельность при апробации на озерах и водохранилищах Челябинской области, в том числе на водных объектах трассы переброски стока реки Уфы в реку Миасс (Долгобродское, Кыштымское водохранилища, озеро Увильды).

Совместно с Челябинским филиалом института "ВОДГЕО" был составлен прогноз гидрохимических и гидробиологических показателей озер Шелюгино - Второе - Первое, на основе которого были разработаны мероприятия по улучшению качества воды данных озер, при использовании их в системах технического водоснабжения города Челябинска. Метод математического моделирования применялся при прогнозировании состояния системы озер Силач-Сунгуль -Киреты-Касли, озер Сары-куль, Чебаркуль .

Планируется совершенствование используемых методов прогнозирования и разработка новых для отдельных процессов и звеньев водных экосистем.

Завершающим этапом исследования водных объектов является разработка их реконструкции, выбор мероприятий по устранению или снижению негативных последствий. Комплекс мер проводится на водосборной площади, в водоеме, на источниках локального поступления загрязнений и водозаборе.

Мероприятия, разрабатываемые на водосборной площади, направлены на оптимизацию размещения производительных сил в зависимости от угодий (леса, поля, луга) и рельефа местности.

С целью повышения эффективности водоохранных зон предлагается учитывать нагрузку на береговую зону и самоочищающую способность водоема. Внедрение научно-обоснованных мероприятий в сфере производства и сфере водоотведения на водосборной площади сельскохозяйственного освоения реки Миасс значительно улучшило качество воды. Это удалось достигнуть изменением севооборота, залужением, лесонасаждением, обвалованием на береговой зоне, а также отводом поверхностного стока в болота.

Повышение самоочищающей способности водоемов осуществляется набором новых инженерных решений. С целью перехвата загрязняющих веществ, поступающих с территорий Карабашского медеплавильного комбината, сооружен пруд на реке Миасс. В перспективе рационально ввести в действие водоохранный комплекс на реке Сак-Елга, включающий два пруда - отстойный и биологический.

Магнитогорский промузел является крупнейшим загрязнителем реки Урал, но бла­годаря сооружению продольных и поперечных дамб, часть Магнитогорского водохранилища превращена в пруд, выполняющий функции отстойника и охладителя.

Комплекс мер по повышению самоочищающей способности должен расширяться за счет регулирования проточностью, зарастаемостью, накоплением донных отложений, но в каждом конкретном случае необходимы исследования водного объекта и выбор оптимального варианта улучшения его качества воды.

В Челябинской области используются каскады озер для доочистки сточных вод. Однако, отсутствие научно-обоснованных правил эксплуатации водоемов не позволяет сохранить их самоочищающую способность. Это касается прежде всего систем Табанкуль-Теренкуль-Кисегач, Каспийских озер, а также Шелюгино-Второе. Что касается предотвращения помех в водоснабжении за счет развития водорослей, то апробируются разработанные мероприятия в районе водозабора (зеленая защита, аэрация, селективный забор воды) и на очистных сооружениях (введение аммонизации, озонирования, окисления перманганатом калия).

Таким образом, антропогенизация территории Южного Урала охватила большую часть водных объектов. Многообразие источников загрязнения, избирательное действие на водные ресурсы предусматривает строго индивидуальный подход при оценке нагрузки и выбору мероприятий по ее снижению. Первоочередные задачи науки: разработка основ по использованию вторичных ресурсов, оптимизации освоения водосборной площади и эксплуатации водных объектов.

 

 

Источник: Проблемы экологии Южного Урала. - 1995. - №1.-С.21-25.