Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

«Водный объект является важнейшей составной частью окружающей среды, средой обитания объектов животного и растительного мира, в том числе водных биологических ресурсов».

«Водный кодекс РФ», ст. 3

1.1. Водная среда и гидроэкологические системы

Одной из главных задач охраны водных объектов является со­хранение целостности их экосистем, исключение резкого измене­ния экологических компонентов и тем более исчезновения отдель­ных элементов экосистем, чтобы сохранить экологическое равно­весие в экосистемах всех иерархических уровней.

Экология как научное понятие существует с XIX века. С тех пор оно существенно расширилось и детализировалось. Образо­вался ряд связанных с ним научных отраслей и дисциплин. К кон­цу 80-х годов XX века появилась гидроэкология [5], которая рас­сматривает экологию с гидрологических позиций, когда изучается влияние гидрологического режима водотоков и водоемов на жиз­ненные процессы, в них протекающие, и на живые организмы, с ним связанные. Основным направлением является исследование влияния динамики гидрологических характеристик во времени (по сезонам и годам) и по территории (по длине и площади) на жизне­деятельность биологических и растительных сообществ, а также на человеческое общество. А при охране водных объектов основ­ное внимание обращается на условия, создающие негативное воз­действие человека на водный объект и обратное на общество при экстремальных условиях водного режима (наводнения, засухи).

С экологических позиций гидрология может рассматриваться как наука, изучающая физическое состояние среды обитания гид — робионтов. С ее помощью можно вскрыть взаимоотношения меж­ду организмами и водной или влажной средой. Более того, учиты­вая значение воды как фактора природной среды в появлении, раз­витии и распространении живых организмов (биоценозов), можно говорить о водных объектах и науке, их изучающей, как части единой экологической системы человек — производство — водная среда. При этом процессы, происходящие в водных объектах и оп­ределяющие их экологическое состояние, можно рассматривать как составную часть (или звено) общего процесса тепло — и влагоперено — са в системе атмосфера — гидросфера — литосфера. Количество и качество воды, их динамика определяют жизненные процессы не­посредственно в водных объектах и на их водосборах, т. е. качест­венно-количественные гидрологические и гидрохимические показа­тели являются составной частью среды обитания живых существ.

Гидрологический и гидрохимический режимы водного объек­та (т. е. изменение состояния водного объекта во времени, обу­словленное изменением физико-географических условий в бассей­не, включая антропогенное воздействие) проявляются в виде су­точных, сезонных и многолетних колебаний уровней и расходов воды, ее температуры, ледовых явлений, мутности воды и расхо­дов наносов, состава и концентрации растворенных веществ. При этом гидролого-гидрохимические характеристики являются взаи­мосвязанными и изменяются со сменой фазы водности. При одной и той же величине загрязнения качество воды будет различным в фазу половодья, паводков или в меженный период, на реках или их участках с быстрым и медленным течением, в периоды с высо­кими и низкими температурами воды, наличием или отсутствием растительности или ледового покрова и пр. Так, наибольшую кон­центрацию солей речные воды в природе имеют в меженный пе­риод, когда количество воды в русле наименьшее и сток формиру­ется подземными водами, имеющими значительно большую, чем поверхностные, концентрацию естественных солей. Однако орга­нические вещества в большем количестве могут наблюдаться в период половодья или паводков, когда река питается преимуще­ственно поверхностными водами.

Использование гидрологических данных позволяет разраба­тывать расчетные методы, учитывающие физические основы про­цессов загрязнения и самоочищения рек и водоемов, их изменения во времени и по территории, т. е. решать одну из важнейших про­блем экологии — определение качества воды водотока или водоема, находящегося в естественном или нарушенном гидрологическом режиме, с последующим его прогнозированием на основе учета динамики гидрологических и гидрохимических процессов.

Основными гидрологическими факторами, влияющими на из­менение природного качества воды, являются: длительность мно­говодной или маловодной фаз, величина расхода воды в водотоке и скорость течения, ширина и глубина (водоема), температура во­ды, наличие ледового покрова, волнение, интенсивность турбу­лентного перемешивания. Они же влияют при антропогенном воз­действии на водный объект. Они обусловливают скорость распада химических элементов, загрязняющих веществ, перенос и переме­шивание загрязнений. Определяют гидродинамический процесс разбавления загрязненных вод, процессы самоочищения рек и во­доемов. Гидродинамические процессы влияют на характер и ско­рость протекания физико-химических и биологических процессов, снижающих концентрацию загрязняющих веществ в водных объ­ектах и увеличивающую способность водного объекта к самоочи­щению. Потеря этой способности наступает в случае невозможно­сти разбавления сточных вод в должной мере (5-10-кратное пре­вышение чистых вод над количеством сбрасываемых загрязнен­ных) и подавлении жизнедеятельности перерабатывающих эти за­грязнения микроорганизмов и растительности. Наиболее часто по­теря способности к самоочищению проявляется в период малово­дья (период минимального стока на реке, засуха), когда сток рек в десятки и даже сотни раз меньше, чем в многоводную фазу (по­ловодье, паводок) и становится близким или даже меньшим, чем количество сбрасываемых загрязненных вод.

Данные о качестве и количестве воды в водном объекте в раз­личные фазы водности позволяют оценить экологическое состоя­ние водного объекта и разработать меры по его охране, используя результаты гидрохимических и гидробиологических исследований во взаимосвязи с гидрологическими характеристиками. Это позво­лит оценить состояние животного и растительного мира водного объекта и прилегающих к нему территорий, а следовательно, и че­ловека, пользующегося этим объектом.

Таким образом, исследуется система, в которой на первом уровне сложности находятся элементы качественного состава воды и ее количества, определяемые гидрологическим режимом водного объекта и степенью антропогенного воздействия на этот объект.

Каждый водный объект имеет свою экосистему, тесно связан­ную с экосистемой водосбора, которые образуют одну систему — «речной (или озерный) бассейн». Поэтому проблему охраны вод­ных объектов, от которых зависят водные ресурсы конкретных территорий, необходимо рассматривать применительно не только к конкретному водному объекту, но и к его водосборному бассей­ну, включающему поверхностную (площадь водосбора) и подзем­ную (объем бассейна) составляющие бассейна. Еще в 1975 г. из­вестный эколог Ю. Одум отметил, что «причины загрязнения вод и способы борьбы с ним не удается обнаружить, если смотреть лишь на воду; наши водные ресурсы страдают из-за плохого хо­зяйствования на всей площади водосбора, который и должен рас­сматриваться в качестве хозяйственной единицы», а «минималь­ной единицей экосистемы следует считать не один водоем, а всю площадь водосбора». К сожалению, Ю. Одум забыл о подземных водах, которые питают водные объекты, а также являются и само­стоятельным водным ресурсом и также подлежат охране.

Рассматривая водосбор и водный объект как единое целое, изучать его следует по элементам и подсистемам, анализируя их связи, благодаря которым и формируется система.

Каждому элементу и подсистеме соответствует своя микро — или мезоэкосистема, размеры и состав которой зависят от общих (физико-географических) и частных (местных, локальных) условий.

Экосистема состоит в основном из трех групп. К первой отно­сятся водоросли, высшие растения и некоторые бактерии. Все они объединяются понятием автотрофи (или первичные продуцен­ты). Они существуют за счет солнечной или химической энергии и минеральных веществ.

Ко второй группе относятся организмы (животные, парази­тарные растения и большинство микроорганизмов), которые по­требляют органические вещества, произведенные первой группой. Их называют гетеротрофами (или консументами).

Третья группа состоит из организмов (в основном бактерии и грибы), превращающих органические остатки всех групп в неорга­ническое вещество. Их называют редуцентами. Они замыкают кругооборот вещества в экосистеме, существующей вследствие наличия пищевых связей между группами. Нарушение любой свя­зи или ее разрыв ведет к частичному или полному разрушению экосистемы и замене ее другой.

Свойства любой сложной системы определяются как свойст­вами составляющих ее элементов или частных подсистем, так и характером взаимодействия между ними, а также определенным влиянием окружающей внешней среды. Схемы сопряжения внутри системы и между системами могут находиться на разных уровнях. Поэтому связи элементов внутри подсистемы описываются одно­уровневой схемой сопряжения, а между подсистемами или систе­мами — схемами сопряжения второго, третьего и т. д. уровней.

В гидрологии между элементами и подсистемами могут быть различные виды связей: прежде всего генетические, определяю­щие не только тип водного объекта, но и его гидрологический ре­жим и значение характеризующих его параметров; связи взаимо­действия гидрологических параметров и физико-географических характеристик; связи строения и функционирования, определяю­щие вид и характер существования элементов гидрологических сис­тем; связи развития и преобразования элементов систем, их транс­формации при изменении условий существования; связи управле­ния элементами водных систем или в целом конкретными система­ми. Последние два-три вида связей наиболее характерны для вод­ных объектов, существующих в условиях антропогенного влияния.

Гидрологические системы относятся к классу материальных систем неорганической природы. Они могут быть статичными и динамичными в зависимости от типа водного объекта и рассмат­риваемого временного периода. При этом они являются стохасти­ческими. Поэтому определение значений переменных в конкрет­ный момент времени позволяет лишь предсказать вероятность распределения значений этих переменных в последующие моменты.

По отношению к окружающей среде гидрологические систе­мы обычно не замкнутые (открытые), поскольку у них постоянно происходит ввод и вывод вещества и энергии.

Анализ связей в системе позволяет установить соподчинен — ность и обусловленность компонентов системы, которые в конеч­ном итоге можно выразить в количественной форме, используя методы математического моделирования.

По составу включенных элементов гидрологические системы могут быть однотипными и разнотипными. Например, речной во­досбор, если рассматривать его как самостоятельную систему, со­стоит из разнотипных элементов, представленных жидкими, твер­дыми и даже живыми элементами (вода, рельеф, растительность, животный мир). С другой стороны, речная сеть как система соби­рающих и транспортирующих воду углублений в земной поверх­ности может рассматриваться как однотипная система с набором элементов: ложбины, овраги, ручьи, русла рек, котловины озер. Но каждый элемент может иметь свою экосистему с разной степенью сложности и уровнем развития.

Водные объекты относятся к категории саморегулирующихся систем. Они обычно сЬстоят из множества элементов и имеют раз­ветвленные связи между ними, включая обратные связи, которые и вызывают процесс саморегуляции. Особенно ярко это проявляется при восстановлении естественного качества воды в случае его на­рушения.

Важное значение имеет не только выяснение, но и сохранение или грамотное изменение установившихся природных связей эле­ментов рассматриваемой водной экологической системы или ее подсистем. Особенно это важно при сопряжении систем природа — человек — техника — общество. Отсутствие должного сопряжения может обусловить большие экономические и экологические ошиб­ки, а также нанести трудно поправимый или даже непоправимый ущерб природе. Примеров недостаточно обоснованных решений в области гидрологии имеется, к сожалению, немало.

Совокупность гидрологической и экологической систем обра­зуют единую гидроэкологическую систему, в которой водная среда и существующие в ней или за ее счет организмы и растения нахо­дятся в тесной взаимосвязи. Ухудшение состояния среды (по каче­ству или количеству) ведет к деградации экосистемы или сообще­ству экосистем. В такой же мере нарушения в экосистеме могут привести к тем или иным изменениям среды. Например, резкое увеличение поступления фосфора в водоем вызывает интенсивное размножение сине-зеленых водорослей, которые не успевают пе­рерабатываться гетеротрофами и редуцентами, отмирают и разла­гаются. В результате быстро ухудшается качество воды, что вызы­вает изменение элементов экосистемы водоема (прежде всего рыбных сообществ).

Комментарии запрещены.