Романенко Основы гидроэкологии. Р69 Основы гидроэкологии Учебн для студентов высших учебных заведений. К генеза, 2004. 664 с 1
 Скачать 7.62 Mb.
|
|
водной среды Влияние нагретых вод на функциональное состояние водных экосистем определяется уровнем повышения температуры. Кроме положительного воздействия, о чем указывалось в предыдущих разделах, регистрируются и отрицательные последствия перегрева воды, которые характеризуются как тепловое загрязнение водной среды. Наиболее отрицательное влияние на водные экосистемы нагретые воды ТЭС и АЭС оказывают в южных регионах, где летом температура воды в естественных условиях может возрастать до 30 Си выше. Вследствие этого в водоемах усиливается прямая температурная стратификация, формируются потоки воды с разной плотностью. Зимой небольшие и неглубокие водоемы-охладители не замерзают, а в больших — образуются значительные проруби. Вода, расположенная по их периферии, обладает более высокой плотностью, вследствие чего возникает плотностное и химическое расслоение водных масс. Зоны более высокого нагрева характеризуются сниженным содержанием кислорода и смещением карбонатного равновесия в сторону перенасыщения воды карбонатом кальция Влияние подогретых вод на водные экосистемы зависит от их температуры и чувствительности к ней различных гидробионтов. Умеренное повышение температуры воды (24-26 способствует возрастанию видового разнообразия планктонных и бентосных организмов, интенсификации фотосинтеза водных растений (фитопланктона, макрофитов). Благодаря этому увеличиваются содержание растворенного кислорода в трофогенном слое воды и Раздел VI. Моря и внутренние воды численность бактериального населения в придонных слоях, что способствует деструкции органических веществ и улучшению са- моочистительной способности водных экосистем. Температура воды 28-32 С для большинства водных организмов является пороговой. В таких условиях может наблюдаться угнетение метаболических процессов у представителей некоторых систематических групп и возрастать их отмирание. В тоже время численность сапрофитных и других бактерий сохраняется на довольно высоком уровне, что способствует интенсивной деструкции органических веществ. При этом уменьшается содержание растворенного кислорода не только в придонных, но ив поверхностных В условиях значительного повышения температуры воды С) исчезают целые таксономические группы гидробионтов. Например, на участке р. Северский Донец ниже места сброса нагретых вод Луганской ТЭС при повышении температуры воды (в летний период) доне обнаруживались моллюски, в донных отложениях встречались лишь единичные экземпляры хиро- номид и олигохет. При этой температуре отмирают и организмы перифитона, что также приводит к дополнительному органическому загрязнению водных объектов. У каждого вида гидробионтов есть свой диапазон адаптивных возможностей по отношению к изменениям температуры водной среды. Некоторые организмы могут жить даже в горячих источниках, где температура достигает 70 С. Реакция на повышение температуры неодинаковая у разных видов. Так, форель может переносить возрастание температуры воды до 26-28 С, но при этом она теряет способность к размножению. Высокая температура водной среды часто является причиной снижения сопротивляемости организма рыб к инфекционными инвазионным заболеваниям. Резко повышается чувствительность рыб и беспозвоночных к токсическим загрязнениям, в частности, у дафний при температуре воды 30-32 С чувствительность к меди и цинку повышается враз, а к кадмию - даже на несколько порядков. В экосистемах, испытывающих влияние теплового загрязнения, обнаруживается значительно меньшее количество видов гидробионтов, чем в природных экосистемах, для которых характерны сезонные изменения температурного режима. Естественные сезонные колебания температуры воды дают возможность большему количеству видов доминировать в отдельные сезоны года, а соответственно и конкурировать за пространство и пищу на определенном участке акватории. К тепловому загрязнению, когда срезаются сезонные колебания температуры воды, приспосабливается лишь ограниченное количество теплолюбивых видов гидробионтов, что и определяет упрощение биотического разнообразия перегретых водных экосистем Основы гидроэкологии 42.5. использование водоемов-охладителей Существуют разные способы использования тепла, выделяемого с нагретыми сбросными водами энергетических объектов. Среди них создание рыбных хозяйств принадлежит к одному из наиболее перспективных направлений. При многих тепловых электростанциях Украины успешно функционируют бассейновые и сетчатые садковые хозяйства для промыслового выращивания карпа, канального сома, пресноводных угрей, бестера. Есть положительный опыт выращивания на теплых водах озерной форели и лосося, или радужной форели. Непосредственно в водоемах-охладителях можно заниматься разведением растительноядных рыб белого амура, белого и пестрого толстолобов, обладающих ценными биологическими качествами высокой скоростью роста и устойчивостью к повышенной температуре воды. На базе подогретых вод тепловых и атомных электростанций Украины создаются специализированные комплексы, которые включают цеха инкубации икры, лоточные линии для выращивания личинок и системы бассейнов или небольших прудов для ускоренного получения рыбопосадочного материала. Выращивание рыбы непосредственно в водоемах-охладителях предусматривает не только получение рыбной продукции, но и использование растительноядных рыб в качестве биологических «мелиораторов», которые очищают водоемы от зарослей высшей водной растительности и обрастаний нитчатых водорослей. Белый амур используется для очистки сбросных каналов и водоемов-охладителей. Для борьбы с избыточной биомассой фитопланктона в водоемы-охла- дители или водохранилища, в которые сбрасываются нагретые воды, вселяют белых толстолобов. Основой биологического обоснования целесообразности использования водоемов-охладителей в целях рыборазведения является функциональная зависимость уровня метаболических процессов в организме рыб от температурного режима воды. У водных животных, в том числе и у рыб, температура тела зависит от температуры воды. При этом оптимальная температура воды для протекания ферментативных реакций у рыб в ряде случаев бывает выше, чем в естественных водоемах. В условиях тепловод- ного выращивания можно продлить период поддержания оптимальной температуры для роста и развития не только традиционных объектов прудового рыбоводства (карп, но и форели и теплолюбивых растительноядных рыб. Наиболее интенсивный рост карпа в природных водоемах Украины длится в среднем 3-4 месяца, когда температура воды в них не ниже 18-20 В водое- 620 Раздел VI. Моря и внутренние воды мах-охладителях с прямоточной системой водоснабжения оптимальную для роста рыб температуру можно поддерживать на протяжении месяцев, с оборотной — практически круглый год. С повышением температуры воды до определенного уровня возрастает пищевая активность рыб, повышается усвоение пищи, стимулируется обмен веществ. Эти особенности функционирования жизненно важных систем организма рыб положены в основу эко- лого-физиологического обоснования тепловодного рыбоводства. Глава 43. Экосистемы каналов. Общая характеристика каналов Украины Каналы относятся к лотическим, те. проточным, экосистемам. В этом отношении они напоминают реки, но имеют немаловажных экологических особенностей. Русло каналов спрямлено, правильной формы, поперечный профиль его почти неизменен по всей длине, нет отмелей, песчаных коси перекатов, заливов и глубоких ям. Ложе каналов формируется в искусственно созданном углублении, из которого полностью вынимается земля. При строительстве каналов для защиты от эрозии широко применяют бетонные и щебенчатые покрытия ложа, а также противофильтрационную высокопрочную полимерную пленку, которой полностью покрывают ложе каналов. Эта пленка сверху прикрывается защитным слоем из уплотненного грунта. Каналы, представляющие собой гидротехнические сооружения, могут строиться в виде открытого русла или закрытых водоводов с безнапорным или напорным (с помощью перекачивания насосными станциями) движением воды. По назначению каналы делятся на судоходные, ирригационные, мелиоративные, водопроводные, деривационные, рыбопропускные. Большие каналы, как правило, имеют комплексное назначение и обеспечивают территориальную переброску части стока рек, водохранилищ или озер в малообеспеченные водными ресурсами регионы. На юге Украины создана целая система каналов, по которым вода подается в маловодный Крым, промышленные центры Донбасса и Кривбасса, на орошаемые земли Николаевской, Одесской, Херсонской и других областей. Длина магистральных и распределительных каналов Украины составляет около 300 тыс. км, и они охватывают значительные территории (табл. Основным источником воды, которая подается по этим каналам, являются днепровские водохранилища. Значительно меньше используется вода Дуная и малых рек — Северского Донца и Таблица 32. Основные магистральные каналы Украины и их назначение Каналы Северокрымский Главный Каховский магистральный канал Днепр - Донбасс Днепр - Кривой Рог Днепр - Ингулец Северский Донец - Донбасс Дунай — Сасык Годы пуска в эксплуатацию г . -я очередь г. -я очередь г г. -я очередь г г г. Источники водоснабжения Днепр, Кахов- ское водохранилище Днепр, Кахов- ское водохранилище Днепр, Днепродзержинское водохранилище Днепр, Кахов- ское водохранилище Днепр, Кременчугское водохранилище, Соломо- новое гирло Длина, 400,0 129,7 263,0 41,3 40,0 131,6 Пропускная способность канала 4200 520 8200 120 2743 41 929 37 1003 43 1106 130 Основное назначение Водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий Крыма. Орошение земель северного Крыма Водоснабжение населенных пунктов и предприятий Херсонской и Запорожской областей, орошение Комплексное водоснабжение Донбасса и Харьковского промышленного района, обводнение р. Север- ский Донец Водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий Кривбасса, орошение, рыборазведение предприятий Кривбасса Водоснабжение населенных пунктов и предприятий Донецкой области Заполнение оз. Сасык, орошение Раздел VI. Моря и внутренние воды других. Для снабжения водой Крыма построен Северокрымский канал (400 км) с Краснознаменским ответвлением от него. Основное назначение канала - орошение земель и обводнение южной части Херсонской области и степного Крыма, а также водоснабжение крымских городов и населенных пунктов (рис. Из Днепродзержинского водохранилища берет начало канал Днепр — Донбасс (263 км, который обеспечивает водоснабжение Донбасса и г. Харькова, пополняет водой пересыхающие малые реки, служит для обводнения р. Северский Донец и водоснабжения промышленных центров Луганской области. Канал Северский Донец - Донбасс имеет длину км, из которых км - открытая часть, а 30 км - дюкеры и напорные трубопроводы. Основным источником воды для этого канала является р. Северский Донец. Для обеспечения водой большого промышленного региона, расположенного на территории Харьковской, Донецкой и Луганской областей, создана единая система водоснабжения, а вода по каналам Днепр — Донбасс и Северский Донец Донбасс подается в самые отдаленные районы юго-восточной части Украины. Первых 9 км трассы канала Северский Донец - Донбасс проходит по руслам рек Бритай и Берека. Канал Днепр - Кривой Рог км, подающий воду из Кахов- ского водохранилища, служит для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения Кривбасса. С этой же целью, а также для орошения земель Херсонской, Николаевской и Кировоград- Рис. 144. Схема Северокрымского канала Основы гидроэкологии ской областей построен Ингулецкий магистральный канал (54 км), берущий начало из правого притока Днепра р Поэтому каналу подается смешанная ингулецкая и днепровская вода. Днепровская вода направляется противотоком по руслу р. Ингу- лец, те. в обратном направлении по отношению к стоку этой реки, что обеспечивается главной насосной станцией. Далее вода идет по каналу самотеком. Для орошения засушливых степных районов Херсонской и Запорожской областей построен Главный Каховский магистральный канал (129,7 км, который берет начало из Каховского водохранилища близ г. Каховки и дальше проходит по направлению кг. Мелитополю. Подача воды по каналу обеспечивает орошение почти 784 тыс. га земель. На дунайской воде много лет функционирует ская оросительная система, расположенная в юго-западной части Одесской области. В числе более мелких оросительных систем действуют Северорогачинская, Серогозская и др. Особенности гидрологического режима каналов и их влияние на формирование гидробиоценозов Среди экологических факторов, влияющих на формирование гидрологического режима каналов, особое значение имеет характер источников водоснабжения, в частности определяющий химический состав воды. Например, в Северокрымском канале он соответствует составу воды Каховского водохранилища, в котором вода гидрокарбонатно-кальциевая с общей минерализацией мг/дм 3 . В Ингулецком канале химический состав воды определяется днепровской и более высокоминерализованной ин- гулецкой водой и зависит от их соотношения. Так, в течение короткого времени карбонатно-кальциевая вода может смениться хлоридно-натриевой, а ее общая минерализация может колебаться от 300-700 до 1400 мг/дм 3 На формирование качества воды также влияют технические особенности каналов — форма ложа, скорость течения, объем пропускаемой воды и режим работы. Водообмен в каналах полностью регулируется, исходя из потребностей населения и народного хозяйства. По трассе канала объем воды и скорость ее течения постепенно уменьшаются, так как вода разбирается на хозяйственные нужды и на цели орошения. С помощью насосных станций в каналах регулируется не только количество, но и качество воды, поскольку вовремя их работы происходит ее перемешивание и аэрация. От формы ложа, характера крепления берегов, заполнения водой и скорости ее течения Раздел VI. Моря и внутренние воды а также других морфометрических и гидрологических характеристик каналов зависит развитие отдельных групп гидробионтов. Если откосы каналов имеют твердые покрытия (каменную наброску или бетонную облицовку, их самоочистительная способность значительно хуже, чем, например, при биологическом укреплении берегов зарослями воздушно-водных растений, главным образом тростника обыкновенного, корневая система которого прочно связывает грунт. Поскольку заросли тростника не уменьшают потери на инфильтрацию, на многих каналах, наряду с биологическим укреплением берегов, применяются противоинфильтрацион- ные экраны из полиэтиленовой пленки. Развитие гидробионтов в каналах обусловлено их поступлением из мест водозабора. В каналы речного питания заносятся речные (реофильные) формы гидробионтов, водохранилищного озерные приспособленные к замедленному течению. По трассе каналов, особенно если они берут начало из водохранилищ, меняется состав и численность отдельных гидробионтов На формирование гидробиоценозов в каналах влияют такие технические характеристики, как морфометрия русла, скорость течения воды, режим водоподачи и т. п. Большое значение для развития гидробионтов имеет также форма поперечного сечения каналов (крутизна откосов, наличие мелководных зон) и тип крепления их берегов. На бетонных и щебенчатых облицовках, устраиваемых для предупреждения размыва откосов каналов, а также для уменьшения потерь на инфильтрацию воды, создаются благоприятные условия для развития сообществ перифитона. Укрепление откосов с помощью зарослей воздушно-водных растений способствует развитию эпифитона. В зарослях макрофитов более интенсивно размножаются организмы зоопланктона и зоо- бентоса. Гидробиоценозы каналов Фитопланктон. Формирование фитопланктона в каналах определяется его составом из источников забора воды. В каналах, которые заполняются днепровской водой, преобладают диатомовые % ) , зеленые (30-45 %) и синезеленые (7-23 %) водоросли. При заполнении каналов водой из р. Северский Донец доминируют диатомовые, численность синезеленых водорослей не превышает общей. Развитие фитопланктона характеризуется сезонной динамикой. Например, в весенне-осенний период в канале Днепр - Донбасс диатомовых водорослей отмечено около 80 %, синезеленых - 10, а зеленых - 5-10 %. Летом интенсивность размножения синезеленых водорослей в водохранилищах резко Основы гидроэкологии возрастает и их численность в каналах достигает %, зеленых и диатомовых - 40-60 % общей. По трассе канала происходят изменения в видовом составе фитопланктона, о которых можно судить по коэффициенту флористической общности. Так, на начальных участках канала Север- ский Донец — Донбасс (речное питание) он составляет 60-70 %, а ближе к концу — только около 50 % при сравнении с фитопланктоном водоисточника. В Северокрымском канале (водохранилищное питание, в котором изменения видового состава водорослей более выражены, коэффициент флористической общности с фитопланктоном Каховского водохранилища составляет 30-40 % вначале трассы и 10-20 % во второй его половине. Биомассу фитопланктона в каналах формируют, в основном, представители трех отделов водорослей диатомовых, синезеле- ных и зеленых. Численность фитопланктона может достигать тыс. клеток на 1 см, а биомасса — около 30 мг/дм 3 . Летом ив первой половине осени на начальных участках каналов водохранилищного питания, в частности Днепр — Кривой Рог, численность синезеленых водорослей может возрастать до 600 тыс. кл./см 3 , биомасса — до мг/дм 3 Величина первичной продукции фитопланктона в каналах с речным типом питания (Северский Донец — Донбасс) весной колеблется от 4 до 14 мг сут. Для каналов, заполняющихся водой днепровских водохранилищ, она оценивается в 3,5— 4,9 мг сут Развитие фитобентоса зависит от характера грунтов, скорости течения, прозрачности воды, особенностей укрепления берегов. В каналах юга Украины в фитобентосе по числу видов и количественным показателям доминируют диатомовые водоросли, главным образом представители класса пенатных, среди синезеленых водорослей преобладают гормогониевые, а среди зеленых — хлорококковые и десмидиевые. Характерный состав фитобентоса следующий диатомовые — 38,5—53,4 %, сине- зеленые - 16,5-25,0, зеленые — 16,0—31,0, эвгленовые — а доля желтозеленых, золотистых, динофитовых и криптофито- вых водорослей составляет от 0,4 до 2,9 В макрофитобентосе особую роль в функционировании каналов играют нитчатые водоросли — кладофора, спирогира, энтеро- морфа, улотрикс и др. Нитчатые водоросли часто сплошным ковром укрывают твердые покрытия, которыми облицованы каналы, а при отмирании резко ухудшают качество воды в них. |