Романенко Основы гидроэкологии. Р69 Основы гидроэкологии Учебн для студентов высших учебных заведений. К генеза, 2004. 664 с 1
 Скачать 7.62 Mb.
|
|
Глава 36. Экология р Донец 36.1. Гидрографическая сеть и водный реки Характерной особенностью бассейна Северского Донца является чрезвычайно высокое влияние урбанизированных территорий, большие объемы водопользования (близкие к величине речного стока) и значительное количество водозаборных сооружений вдоль всей реки и многих ее притоков. Так, после зарегулирования верхней части реки на территории России образован ряд водохранилищ. В пределах Украины Северский Донец зарегулирован Печенежским водохранилищем (длина 65 км, объем воды млн мот которого проложены два водовода для обеспечения питьевой водой г. Харькова. Значительное количество воды подается на Змиевскую На одном из самых больших левобережных притоков Северско- го Донца р. Оскол создано Краснооскольское водохранилище, служащее для пополнения в засушливые сезоны года водного стока Северского Донца и обеспечения водными ресурсами канала Северский Донец - Донбасс. На Северском Донце неподалеку от г. Славянска сооружен гидротехнический комплекс. Он включает Райгородскую плотину, обеспечивающую подъем воды в реке, водозабор канала Северский Донец — Донбасс и два правобережных водозабора Западной фильтровальной станции, осуществля- 563 Основы гидроэкологии забор воды для водоснабжения Лисичанска, и Кировска. Ниже впадения р. Казенный Торец в Северский До- нец расположены водозаборы Славянской ТЭС, Второго Донецкого и Южнодонбасского водоводов и несколько других водопроводных объектов. В нижнем течении реки вода забирается для водоснабжения многих промышленных предприятий Луганской области, в том числе Луганской ТЭС. Северский Донец — четвертая по длине река Украины. Его общая протяженность от истоков и до впадения в р. Дон составляет км, из них 723 км проходит по территории Украины. Общая площадь водосбора равна 98 ,9 тыс. км (55 % приходится наук- раинскую часть). Левобережная часть водосборной площади занимает юго-за- падные и южные склоны Среднерусской возвышенности, на которой берут начало самые большие притоки Северского Донца Уды, Берека, Оскол, Казенный Торец, Красная, Айдар, Лугань и др. Эти реки характеризуются широкими долинами (до 2—6 км, многочисленными старицами, относительно небольшой извилистостью. Они значительно длиннее, чем правобережные притоки. Правобережная часть водосборной площади расположена на западных, северных и восточных склонах Донецкого кряжа. Реки, берущие начало на правом берегу, отличаются меньшей длиной, но большим уклоном, хорошо сформированной неширокой долиной с высокими (дом) крутыми прибрежными склонами. Ширина ложа (русла) этих притоков обычно меньше 20 м, глубина- 1,5 м. К бассейну Северского Донца относится малых и средних рек. Длина почти 57 % этих рек не превышает 25 км. Водный режим рек бассейна Северского Донца характеризуется довольно высоким весенним половодьем в результате таяния снега, достигающим в многоводные годы 70—80 % годового стока. В маловодные годы доля весеннего половодья в формировании водного стока составляет 50-60 %. В среднем меженный сток равен годового. В результате летнего повышения уровня воды наблюдаются небольшие паводки, как правило, нехарактерные для рек этого бассейна. Вместе стем в 1996 г. вследствие очень сильных летних дождей и резкого подъема уровня воды в реках бассейна были переполнены накопители для отвода сточных вод г. Харькова, что привело к экологической аварии, обусловившей поступление производственных и бытовых стоков в реки Харьковской области. Весеннее половодье начинается впервой половине марта. В южной части Северского Донца притоки переполняются полыми водами уже в феврале. Уровень подъема воды вовремя весеннего половодья может достигать 2-2,5 м на малых реках, 6-7 м на средних им в нижнем течении Северского Донца Раздел VI. Моря и внутренние воды Наиболее полноводные реки протекают в северной части бассейна. Водоресурсный баланс рек бассейна Северского Донца имеет чрезвычайно важное народнохозяйственное значение. Это связано с водоснабжением таких промышленных регионов страны, как Харьков и Харьковская область, Донбасс, некоторые районы Луганской области. Обеспечение водоснабжения этих регионов осуществляется из 40 водохранилищ и прудов, расположенных на притоках Северского Донца и и Миус, относящихся к бассейну Северного Приазовья. Среднегодовой сток воды, формирующийся на территории Харьковской области, достигает 2,02 км, а транзитный, поступающий из Белгородской области России и близлежащих районов других областей Украины, составляет 1,78 км в год. Для повышения водности Северского Донца сооружен канал Днепр Донбасс Гидрографическая сеть юго-восточного региона Украины включает, кроме Северского Донца и его притоков Кальмиус и Миус с притоками, а также каналы Северский Донец — Донбасс, Днепр - Донбасс, 29 водохранилищ и прудов, общая площадь которых составляет 41 624 га, а объем воды - 1296 млн м. Водохранилища различных размеров (от 300 до 1230 тыс. га) расположены на притоках Северского Донца Кальмиус, Миус, Кринка. Пруды, построенные на значительной территории в сухих балках, верховьях малых рек, служат для накопления воды ив рыбохозяйственных целях (рис. 141). ДОНЕЦК Рис. 140. Схема пополнения малых рек Донбасса водой из канала Днепр -Донбасс [78]. 565 Основы гидроэкологии Рис. 141. Схема расположения водохранилищ в Донецком регионе - Печенежское 2 - 3 - 4 - Райгород- ское; 5 - Краматорское 6 - Константиновское; 7 - Синявское; 8 - Карловское; 9 - Кураховское; 10 - Клебан-Бикское; 11 - Луганское 12 - Мироновское; 13 - Исакиевское; 14 - Елизаветинское 15 - Верхнекальмиусское; 16 - Каль- 17 - Ханженковское; 18 - Ольховское; 19 - Зуевское; 20 - Старобе- 21 - Старокрымское; 22 - Штеровское; 23 - Грабовское; 24 - Соко- ловское; 25 - Вербинское; 26 - Прохоровское. 36.2. Гидрохимический режим и формирование качества воды На формирование гидрохимического режима Северского Донца влияют природные, в том числе климатические, и антропогенные факторы. Бассейн реки расположен в пределах двух природ- 566 Раздел VI. Моря и внутренние воды но-географических зон - лесостепной и степной. По длине реки меняется геологическое строение водосборной площади, в результате чего уровень минерализации и ионный состав воды изменяются гидрокарбонатно-кальциевый класс переходит в сульфатный и сульфатно-хлоридный. В среднем и нижнем течении реки общая минерализация воды возрастает, что обусловлено интенсивным испарением, небольшим количеством осадков, повышенной температурой воздуха и очень сильными восточными ветрами. Важным природным фактором формирования качества воды как в Северском Донце, таки в его притоках являются подземные воды, влияние которых наиболее выражено в среднем течении реки. Протекая через соленосные и каменноугольные породы, они обогащаются минеральными солями и при поступлении в поверхностные воды обусловливают повышение общей минерализации на отдельных участках рек в 2-4 раза. Большая насыщенность Харьковской области промышленными предприятиями существенно влияет на гидрохимический режим и качество воды в реках бассейна Северского Донца. Так, очистные сооружения канализационной системы г. Харькова сбрасывают в реки Уды и Лопань недостаточно очищенные сточные воды, количество которых превышает объем речного стока. В результате эколого-санитарное состояние этих рек в черте города и ниже по течению крайне неудовлетворительное. Сточные воды промышленных предприятий г. Шебекино, расположенного на территории Российской Федерации, пор. Нежиголь выносятся в Печенежское водохранилище, на котором расположены водозабо- ры для питьевого водоснабжения Харькова. На химический состав воды Северского Донца существенно влияет поступление загрязняющих веществ из таких промышленных центров, как Харьков, Чугуев, Змиев, Балаклея, Изюм и др. Так, если на участке реки выше г. Изюма минерализация воды составляет в среднем 457 мг/дм 3 , то ниже его она возрастает до 737 мг/дм 3 . Ниже Харькова минерализация воды в р. Уды увеличивается от 406—410 до 710—715 мг/дм 3 . Резко падает уровень растворенного кислорода (до 2,10 мг/дм 3 , или 23 % насыщенности. Минерализация воды в р. Лопань возрастает в пределах г. Харькова до 569-725 мг/дм 3 . В результате антропогенного загрязнения рек бассейна Северского Донца вокруг больших городов повышается содержание вводе азота аммонийного до мг/дм 3 , азота нитритного до 0,610, нефтепродуктов дои фенолов до 0,012 мг/дм 3 Опасные загрязняющие вещества поступают в реки бассейна Северского Донца не только со сточными водами промышленных предприятий, но ив результате смыва минеральных и органичес- 567 Основы гидроэкологии ких веществ с сельскохозяйственных угодий и территорий животноводческих ферм. В реки смываются также частицы почвы, химические удобрения и ядохимикаты с полей, что существенно влияет на заиление русел. Районы, находящиеся в зоне влияния таких предприятий, характеризуются значительным содержанием в почве и воде тяжелых металлов. В частности, в почве содержание кадмия, свинца и хрома на некоторых участках водосборной площади превышает фоновые концентрации в 1,6—3,5 раза. Биота Северского Донца Условия для развития флоры и фауны в Северском Донце очень разнообразны. Характерным для него является значительное количество пойменных озер, небольших заводей, рукавов и проливов, условия существования в которых для гидробионтов более благоприятны, чем на антропогенно измененных участках вой части, где они зависят от степени зарегулирования, наличия водозаборных сооружений, водоводов и сброса сточных вод. Численность и биомасса фитопланктона в Северском Донце относительно невысоки и неравномерно распределены на разных его участках. В бассейне реки зарегистрировано около 340 видов водорослей, среди которых больше всего диатомовых вид) и зеленых (110 видов. На зарегулированных участках со сниженным водообменом наряду с диатомовыми массовое развитие влет- ние месяцы получают синезеленые водоросли. Средняя биомасса фитопланктона реки оценивается в 0,2—0,3, максимальная — в мг/дм 3 В составе фитобентоса обнаружено более 250 видов, в том числе диатомовых и 99 зеленых. Общая тенденция распространения фитобентоса состоит в уменьшении видового разнообразия диатомовых и возрастании видового богатства хлорококковых, эвгленовых и синезеленых от верхней части реки к низовью. Северский Донец и его притоки отличаются значительным видовым разнообразием сообществ перифитона. В обрастаниях зарегистрировано около 300 видов водорослей, среди которых преобладают диатомовые, синезеленые и зеленые. В водоемах и водотоках бассейна Северского Донца высшая водная растительность образует по берегам негустые прибрежные заросли, состоящие в основном из тростника, камыша, рого- за, стрелолиста, а в тихих заводях и пойменных озерах произрастают кувшинка белая и кубышка желтая. Из высших водных растений в бассейне встречено 32 видав том числе 13 прибрежных воздушно-водных, погруженных и 5 видов растений сплава- ющими листьями. На многих участках рек, в которые поступают Раздел VI. Моря и внутренние воды недостаточно очищенные сточные воды промышленных предприятий или высокоминерализованные шахтные воды, высшая водная растительность почти полностью отсутствует. Распространение макрофитов четко отражает степень загрязнения воды чем больше поступает сточных вод, тем менее густы их заросли в прибрежных участках реки. На видовой состав и численность зоопланктона влияет не только загрязнение воды, но и твердые компоненты стока, определяющие ее мутность. В Северском Донце содержание твердых частиц изменяется отв верхней части догм и более в среднем и нижнем участках. Вводе отдельных притоков концентрация взвешенных частиц достигает 1000 гм. Высокая мутность воды, отрицательно влияющая на развитие ветвистоусых рачков, обусловливает очень низкую их численность на многих участках реки ив притоках. Среди организмов зоопланктона преобладают инфузории, коловратки, веслоногие рачки, личинки дрейссены, а на участках с зарослями высших водных растений, где вода более чистая, дафния большая, сиды, симоцефалюсы. Видовой состав бентоса определяется типом донных грунтов. Наибольшая численность бентонтов (1800 экз./м 2 ) наблюдается на участках реки с заиленным песком, где их биомасса колеблется от догм. Из доминирующих форм встречаются двустворчатые моллюски, личинки хирономид, олигохеты, амфиподы. По наличию определенных видов бентосных организмов можно судить о степени и характере загрязнения реки. Так, в местах с интенсивным загрязнением донных грунтов органическими веществами отмечено наибольшее количество тубифицид (до 6—10 тыс. экз./м 2 ), личинок хирономид, а из моллюсков - живородок. В Северском Донце ведется промысловый и любительский лов рыбы. Массовыми видами рыб являются густера, голавль, карась, окунь, щука, лещ, плотва, красноперка. Рыбопродуктивность реки невысока, а воспроизводительная способность ее ихтиофауны очень ограничена. Глава 37. Экология р. Западный Буг Западный Буг берет начало на северном склоне Волыно-По- дольской возвышенности около с. Верхобужа Золочевского района Львовской области (рис цв. илл. В верхнем течении пересекает заболоченную равнину Малого Полесья, ниже г. Красногра- да - западную часть Волынской возвышенности. Длина реки - 772 км, из которых 401 км проходит в пределах Украины (рис. цв. илл. На значительном протяжении Западный Буг протекает вдоль государственной границы с Польшей. Он является правым Основы гидроэкологии притоком Вислы, впадающим на территории Польши в Зегжин- ское водохранилище. В бассейне Западного Буга расположены Шацкие озера. Основными правобережными притоками его являются Белосток, Нарев, Луга, Неретва, а из левобережных Каменка, Рата и Полтва. В течение года на Западном Буге наблюдается три поднятия уровня воды весеннее и летнее — вследствие выпадения атмосферных осадков и зимнее — в период оттепелей. На реке построены Золочевское, Добротворское и Сокальское водохранилища, воды которых используются для нужд гидроэнергетики, для технического и питьевого водоснабжения. Согласно данным трансграничного мониторинга, полученным в течение 1999-2000 гг. (Программа СВС TACIS), качество воды в Западном Буге формируется под влиянием природных и антропогенных факторов. К последним относится поступление сточных вод г. Львова и промышленных предприятий, расположенных на притоках украинского участка реки. Вода верхней части реки характеризуется категориями хорошая и удовлетворительная, ас приближением кг. Каменка Бугская - плохая и очень плохая. Это связано с поступлением загрязняющих веществ с такими притоками, как р. и особенно р. Полтва, протекающая через Львов. Отрицательное влияние загрязнений, поступающих со стоком р. Полтвы в Западный Буг, прослеживается до Добротворского водохранилища. В нем качество воды улучшается благодаря процессам биологического самоочищения воды. Этому способствует как повышенный уровень развития сообществ растительных и животных организмов, обеспечивающих самоочистительную способность экосистемы водохранилища, таки фактор разведения загрязняющих веществ в значительном объеме водных масс водохранилища. Ниже водохранилища вода характеризуется как После впадения в Западный Буг р. Студянки, в которую поступают шахтные и сточные воды химических и нефтехимических предприятий, расположенных в Нововолынском промышленном регионе, качество воды ухудшается и соответствует категориям «удовлетворительная» и «плохая». С приближением к границе с Республикой Беларусь качество воды постепенно улучшается иона оценивается как удовлетворительная (рис. 19 цв. илл Раздел VI. Моря и внутренние воды Глава 38. Экологические особенности малых рек. Формирование водного стока и качества воды малых рек Экологическое состояние малых рек, их водность и качество воды зависят не только от внутриводоемных процессов, но и от состояния водосборной площади. Малые реки являются первыми очень уязвимым звеном всей речной системы. Их нужно рассматривать в неразрывном единстве с другими структурными компонентами естественных ландшафтов лугами, пахотными землями, лесами. Значение экосистемы лугов в формировании водности малых рек определяется водно-физическими свойствами их почв. Занимая в ландшафтах промежуточное положение между пахотными землями и рекой, они не только влияют на формирование ее водности благодаря удержанию полых (весенних) и дождевых водно и предотвращают эрозию почвы, защищают берега рек от разрушения, а русло — от заиливания. Кроме того, луга задерживают и аккумулируют в корневой и надземной частях травянистых растений химические элементы, поступающие с полей. Площади луговых угодий наземной поверхности (3 млрд гав целом почтив два раза превышают площади пахотных земель. В Украине общая площадь лугов составляет 7,1 млн га. Вместе с лесами и болотами луга играют чрезвычайно важную роль в процессах аккумуляции биогенных элементов, переносимых с дождевыми или талыми водами с водосборной площади в водотоки. Луга являются не только естественным биофильтром, они играют также важную роль в превращении вещества и энергии. Круговорот питательных веществ в системе луг - река возможен лишь при наличии круговорота воды. Именно благодаря последнему происходит распределение питательных веществ между почвой и корневой системой растений, а также поступление органических и минеральных веществ с лугов в реку. В лугах, расположенных в разных климатических зонах, показатели биомассы в расчете на единицу площади могут существенно отличаться. В долине р. Таль (Полесье) она составляет гм. Лишь незначительная часть органических и минеральных веществ поступает в реку. Основное же их количество расходуется на процессы дыхания растений и другие метаболические процессы Для нормального функционирования речных систем важным является сохранение пойменных ландшафтов (рис. 20 цв. илл.). Речная пойма, ее размеры, естественная цикличность Основы гидроэкологии на, морфометрические характеристики ложа реки и естественные биоценозы определяют не только гидрологический режим речных экосистем, но и биопродукционные процессы в них. Функционирование речной биоты, которой принадлежит особая роль в самоочищении водотоков, обусловлено двумя взаимосвязанными факторами способностью к синтезу органических веществ или- митированием биопродукционных процессов органо-минераль- ным комплексом водной среды. Поэтому, чем шире пойма, тем интенсивнее осуществляется обмен веществ и энергии между руслом и лугами вовремя паводков. При широкой пойме быстрее прогреваются весенние воды, создаются благоприятные условия для развития гидробионтов. Высшие водные растения, планктонные и бентосные организмы в процессе своей жизнедеятельности обеспечивают высокий уровень самоочистительной способности гидроэкосистем. С уменьшением площади поймы нарушается нормальный круговорот веществ и энергии между подсистемой лугов и речными экосистемами. В конце XX в. поймы на территории Украины преобразовывались в чрезмерно больших масштабах. Вследствие этого в ряде регионов распаханность сельскохозяйственных угодий достигла, что привело к значительному нарушению соотношения между стабилизирующими (луга, леса, болота) и деструктивными (пахотные земли, рудные отвалы, городские конгломераты) подсистемами в пользу последних. В свою очередь, это обусловило значительное снижение экологической стабильности ландшафтов и интенсификацию эрозионных процессов. В результате таких преобразований существенно увеличился смыв почвы с распаханных земель в реки, что привело к заиливанию их русла. Важную роль в поддержании водности малых рек играют леса (рис. 21 цв. илл. В водоохранной зоне выделяют леса водоохра- ные» — категория лесов, растущих вдоль берегов рек. Леса регулируют водный сток, защищая реки от заиливания и подмывания берегов. Еще вначале в. (1899-1904 гг.) известным украинским Высоцким была обоснована концепция о роли леса как мощного регулятора режима влаги в природе. Более глубоко эти положения разработал академик Академии наук УССР Погребняк. Под его руководством детально изучен круговорот влаги и питательных веществ в почвах разных типов лесов. Показано, что верхний слой почвы в лесу более влажный, чем в полене только благодаря его большей гигроскопичности, но и вследствие конденсации в нем парообразной влаги из атмосферы и глубоких слоев почвы. При этом почвы в лесу и на небольших полянах накапливают в течение зимы больше влаги, чем Раздел VI. Моря и внутренние воды почвы поля и больших полян, с которых сдувается снег истекают дождевые воды. Обмен водой между отдельными компонентами экосистемы леса можно рассматривать как один из основных факторов, влияющих на функционирование речных экосистем. Вместе стем, его влияние может проявляться лишь в сочетании с другими ландша- фтно-образующими факторами, в частности такими, как солнечная радиация и атмосферная циркуляция тепла и влаги. Важную экологическую роль, состоящую в задержании атмосферных осадков, обводнении и увлажнении почв, играет лес в лесостепной и степной зонах Украины, где ветры могут в течение короткого времени высушить землю. Предотвращая испарение влаги, леса создают условия, при которых атмосферные осадки постепенно переходят в подземный стоки пополняют речной водный баланс. Леса и искусственно созданные лесные насаждения в виде полос задерживают смыв с пашни верхнего слоя почвы и вымывание из нее химических веществ (удобрений, ядохимикатов, которые вносят при возделывании сельскохозяйственных культур. Тем самым они выполняют барьерную функцию по отношению к речным экосистемам. Это свойство леса наиболее четко проявляется в тех регионах Украины, где расположены крупные промышленные предприятия. Так, для прирусловой, центральной и притеррасной частей поймы рек Самары и Орели, протекающих по территории Приднепровского промышленного региона, характерно высокое содержание в почвах тяжелых металлов. Наибольшее их количество накапливается в центральной части поймы, где преобладают связанные с грунтовыми водами лугово-лесные почвы с хорошо развитой растительностью. Известно, что содержание марганца в почвах прирусловой зоны составляет в среднем 182, а в центральной и притеррасной частях — 891 мг/кг. Важным свойством лесных почв является их способность при взаимодействии с тяжелыми металлами образовывать комплексные соединения. Специально проведенные исследования показали, что для разных типов почв мигрирующие формы металлов на глубине 0-50 см составляют от 7 до 23 Способность лесных почв удерживать влагу лежит в основе их влияния на гидрологический режим малых рек. Наиболее глубоко изучено это свойство на примере овражных лесов лесостепной зоны, расположенных в долинах рек - притоков Днепра. В зависимости от способности почвы к удержанию влаги может существенно меняться роль леса как фактора формирования водности малых рек. Если лесные почвы обладают высокой инфильтрационной способностью, их влага быстро поступает в грун- 573 Основы гидроэкологии товые воды, пополняя тем самым водные ресурсы речных систем. Если почвы перенасыщены водой и очень медленно инфильтруют влагу, водность малых рек увеличивается, в основном, за счет поверхностного стока. Для большинства лесов лесостепной и степной зон Украины характерна высокая инфильтрационная способность почв. Так, если при выпадении на поверхность почвы с дождем 50 мм воды пашня впитывала ее за 90 мин, то почва дубового леса - за 9 мина в хвойных лесах вода просачивалась всего за 5 мин. Вовремя весеннего таяния снегов лишь 10 % влаги стекает с поверхности лесных почва поступает в подземные воды. Именно указанное свойство лесов определяет их роль в обеспечении водности малых рек. В связи с этим необходимо создавать лесонасаждения по берегам водоемов, проводить облесение склонов на водосборных площадях и другие мероприятия, связанные с укреплением берегов путем создания зеленых зон. Осуществление указанных мероприятий приобретает с каждым годом все большее значение. Как известно, Украина относится к необеспеченным лесами государствам. В течение последнего столетия лесной фонд страны катастрофически снизился ив настоящее время его площадь не превышает 14 % территории. Поэтому увеличение ресурсно-экологического потенциала лесного фонда является одним из основных условий повышения водности рек. Влияние сельскохозяйственного освоения земель |