Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Экологическое состояние подмосковных водохранилищ в условиях изменения структуры природопользования

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Экологическое состояние подмосковных водохранилищ в условиях изменения структуры природопользования"

Волков Дмитрий Андреевич

Экологическое состояние подмосковных водохранилищ в условиях изменения структуры природопользования (на примере водохранилищ системы канала имени Москвы)

25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

2 « НОЯ 2013

Москва-2013

005540357

Работа выполнена на кафедре рационального природопользования географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор,

Голубева Елена Ильинична

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор географических наук, Ясинский Сергей Владимирович,

Институт географии РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории гидрологии.

доктор физико-математических наук, профессор,

Веннцианов Евгений Викторович,

Институтводных проблем РАН, заведующий лабораторией охраны вод

Институт водных и экологических проблем СО РАН.

Защита состоится « /2» декабря 2013 года в «/^^З на заседании диссертационного совета Д 501,001.13 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносовапо адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д. 1, Главное здание, Географический факультет, 18 этаж, ауд. 18-07.

С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: Москва, Ломоносовский проспект, д.27, А8. Автореферат размещен на сайте Географического факультета МГУ имени Ломоносова (http://www.geogr.msu.ru/). а также на официальном сайте ВАК (http://www.vak.ed.gov.ru).

Автореферат разослан «Jjb> ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук

И.А. Горбунова

Актуальность темы исследования. Водохранилища, являясь природно-техногенными системами, играют важную роль в жизни общества, выполняя различные функции - водоснабжение, транспортные, энергетические, рекреационные н др. Исследование геоэкологических аспектов их функционирования является важной составляющей в обеспечении экологической безопасности и устойчивого развития региона.

Длительное хозяйственное освоение и близость к столице обусловили Подмосковный регион как мощный социально-экономический развивающийся цешр, который характеризуется значительным и разнообразным воздействием на окружающую среду .В настоящее время водохранилища Подмосковного региона подвергаются значительному антропогенному воздействию, и в этих условиях актуальным становится вопрос об их экологической безопасности. Особенно это касается объектов питьевого значения, к которым относятся водохранилища Волжской системы водоснабжения города Москвы.

Экологическая безопасность водохранилищ определяется состояниемводосбора, и для ее обеспечения необходима оценка зависимости качества воды водохранилищ от антропогенных изменений на их водосборе.

Цель исследования - экологическая оценка влияния изменений структуры природопользования на качество вод Подмосковных водохранилищ (на примере водохранилищ водораздельного бьефа канала имени Москвы).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

1. Установить основные геоэкологические аспекты создания и эксплуатации водохранилищ,

2. Определить природные условия севера Московской области, определяющие качественные и количественные характеристики вод водохранилищ водораздельного бьефа.

3. Выявить направления развития природопользования на водосборах водохранилищ водораздельного бьефа.

4. Оценить зависимость качества вод водохранилищ водораздельного бьефа от изменений природопользования на водосборе.

Теоретическая и методическая база. Работа базировалась на теоретических и практических исследованиях ученых, изучающих различные аспекты использования водных ресурсов: А. Б. Авакяна, Н.И. Алексеевского, М.В. Болгова, О.Ф. Васильева, Е.В. Венецианова, Ю.И. Винокурова, А.Н. Вознесенского, Г.В. Воропаева, В.Ю. Георгиевского, В.И. Данилова - Данильяна, Ю.С. Даценко, К.Н. Дьяконова, И.С. Зайцевой, Д.Т. Зузика, Н.И. Коронкевича, И.В. Ланцовой, К.С. Лосева, М.И. Львовича, A.M. Никанорова, Д.Я. Ратковича, H.H. Филатова, К.К.Эделыптейна, C.B. Ясинского, Р.В. Номанна, Ф.М. Холлии др.

Материалы и методы исследования. Объектом диссертационного исследования являются водохранилища водораздельного бьефа канала имени Москвы и их водосборы, располагающиеся в Мытищинском и Пушкинском районах северной части Московской области. Исследование влияния структуры и динамики природопользования на качество вод водохранилищ проводилось на участке водосборной территории Клязьминского водохранилища.

В основу диссертационной работы положены: 1) данные, полученные автором в ходе проведения полевых исследований: гидрохимические(отбор проб воды на 10 створах), дешифрирования космических снимков, мониторинга застройки и состояния рекреационных зон, социологические; 2) данные гидрохимических исследований ОАО "Мосводоканал" на системе канала имени Москвы за 1937 - 2012 гг.; 3) статистические данные по водопользованию, сельскохозяйственному и промышленному сектору хозяйственной деятельности; 4) топографические и тематические карты, литературные источники.

При выполнении работы использованы методы: сопряженного анализа компонентов природной среды, картографирования и статистического анализа с применением программных пакетов Мар1пГо, 8Ш15Цсау. 6.1.

Научная новизна. В работе решена научная и практическая задача — дана оценка влияния изменений структуры природопользования на качество вод водохранилищ водораздельного бьефа канала имени Москвы. Впервые проанализированы изменения в характере природопользования на водосборах водохранилищ. Составлены карты структуры природопользования за 1986 и 2011 года с использованием данных дистанционного зондирования. Проведены статистический и регрессионный анализы массива лабораторных данных по качеству вод системы канала имени Москвы (с 1937г. - по н.в.), создана соответствующая электронная база данных.

Защищаемые положения:

• Функционирование системы канала имени Москвы определило структуру природопользования па ее водосборе. Особый охранный статус системы и ее рекреационные свойства лимитируют развитие промышленного и лесохозяйственного природопользования и способствуют развитию сельскохозяйственного, селитебного и рекреационного.

• Социально-экономические перемены 1980 - 1990 гг. в Россииповлияли наструктуру природопользования на водосборах водохранилищ водораздельного бьефа, разделив историю его развития на два основных этапа: сельскохозяйственный (1947 - 1989) и селитебный (1990 - н.в.).

• Изменения структуры природопользования положительно сказываются на качестве вод водохранилищ водораздельного бьефа. В период сельскохозяйственного этапа фиксировалось постоянное снижение качества вод, тогда как в селитебный этап ухудшение не наблюдается.

• Удовлетворительное качество вод водохранилищ водораздельного бьефа обеспечивается преимущественно за счет технологических процессов в системе канала имени Москвы — поступления относительно чистой волжской воды из Иваньковского водохранилища.

Практическая значимость работы. Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы «Теоретические и методологические основы природопользования в целях устойчивого развития» (№ гос. регистрации 0120 060 39 60 ПН-06). Результаты исследования используются в лекционных курсах на географическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова («Региональное природопользование», «Геоэкологический мониторинг», «Современные проблемы экологии и природопользования») и в учебной (профильной) практике кафедры.

Материалы исследования могут быть востребованы при разработке водоохранных программ на подмосковных водохранилищах, планов развития водосборных площадей в организациях ОАО «Мосводоканал», ФГВУ «Центррегионводхоз», МОБВУ и др.

Апробация работы.Основные положения исследования докладывались на 10-й международной конференции «Водные экосистемы, организмы, инновации»(2008), на 5-ой международной научно-практической конференции «Туризм и рекреация: фундаментальные и прикладные исследования» (2010), на 4-ой международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (2011), на 5-ой международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» (2011) и др.

По теме диссертации опубликовано 7работ, в том числе 3 статьи - в журналах из перечня ВАК РФ.

Структура работы.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Работа изложена на 165 страницах, иллюстрирована 47 рисунками и 14 таблицами.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору, д.б.н. Е.И. Голубевой. Большую благодарность за поддержку тематики выражаю в.н.с. к.ф.-м.н. [А.В.[ ]Краснушкипа|. За важные советы и конструктивные замечания большое спасибо сотрудникам географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова проф., д.г.н. Н.Л. Фроловой, с.н.с., к.г.н. Ю.С. Даценко, доц., к.г.н. Д.Д. Бадюкову, доц., к.г.н. Т.А. Воробьевой, в.н.с., к.г.н. Г.Д. Мухину, доц., к.г.н. Т.О. Король, с.н.с., к.г.н. Н.И. Тульской и всему коллективу кафедры рационального природопользования за творческую атмосферу и дружескую поддержку. Большую признательность автор выражает с.н.с., к.т.н. ИВП РАН Кирпичниковой Н.В. за большую помощь в анализе гидрохимических данных и активное участие в обсуждении результатов. Отдельные слова благодарности сотрудникам Лаборатории Акуловского гидроузла ОАО «Мосводоканал» за предоставленную возможность использования архивных материалов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Природные и социально-экономические аспекты функционирования водохранилищ.

Создание и функционирование водохранилищ - важный фактортрансформации ландшафтов, связанный, в основном, с изменением гидрологического режима территории (Авакян, 1977, Дьяконов, 1975, , Тихомиров, 1984, Матарзин и др., 1987, Тихомиров и др., 1991, Анненская и др., 1997 и др.). Воздействие на окружающую территорию уменьшается по мере отдаленности от водохранилища.В связи с этим выделяется 11 зон гидрологического влияния водохранилищ (Авакян, 1977), которые вызывают основные природные последствия и соответствующие социально-экономические изменения (рис. 1). Вместе с тем, происходит и обратный процесс - влияние окружающей среды на водохранилище, который проявляется в условиях формирования стока и определяется природными и антропогенными факторами на территории водосбора

(Коронкевич, 1990, 2003,2007, Зайцева и др., 2000, 2003, 2005, Ясинский 2000, 2003 и др.).

Рис. 1. Влияние водохранилищ на компоненты окружающей среды.

Виды хозяйственной деятельности, оказывающие влияние на сток, можно подразделить на две группы: 1) не связанные непосредственно с забором воды из рек и преобразованием режима самих рек (вырубка леса и его восстановление, осушение болот и заболоченных земель, афотехнические мероприятия, урбанизация территории); 2) связанные с изъятием, территориальным перераспределением и регулированием речного стока (забор вод на орошение земель, промышленное и коммунальное водоснабжение).

Взаимодействие компонентов системы «водоем - водосбор» зависит от организации хозяйственной деятельности при строительстве и создании водохранилища, а также при дальнейшем использовании сложившихся природных и социально-экономических условий. Рациональная организация природопользования может способствовать экологической безопасности и устойчивому развитию региона в целом.

Глава 2. Природные условия района исследования.

Природные условия создают основу формирования качества и свойств вод водных объектов и обусловливают структуру хозяйственной деятельности человека.

Система канала имени Москвы (ниже Иваньковского водохранилища), в том числе подмосковные водохранилища водораздельного бьефа, в пределах Московской области пролегает в следующих ландшафтах: Верхне-Волжская физико-географическая провинция - Рогачевско-Вербиловский, Ермолинский; Вьюлковско-Яхромский, Вербиловский, Волжский; Московская физико-географическая провинция - Ильинский, Москворецко-Клязьминский.

Геохимические особенности представленных ландшафтов, определяют природную составляющую в характеристике поверхностных вод региона (Анненская, Мамай, Жучкова и др., 1997).

Глава 3. Направление развития природопользования на водосборах водохранилищ водораздельного бьефа.

Канал имени Москвы и водохранилища, входящие в его систему, занимают значительное место в формировании структуры природопользования северной части Московской области. Строительство канала кардинально повлияло на социально-экономическую ситуацию. Значительные изменения в природопользовании региона были связаны с ликвидацией и частичным переносом хозяйств с затопляемых территорий. При строительстве канала имени Москвы было затоплено 41783 га земель. В большой степени пострадавшими от затопления оказались: 1) сельскохозяйственные угодья - 53% территории затопления (5798 хозяйств затоплено, 7716 попали в зону влияния канала - всего 22061 га), селитебные территории —4% (195 населенных пунктов - 1638 га), леса -27% (11149 га).Число жителей, попавших в зону затопления, составило около 23 тыс. человек, что создавало проблему их переселения и трудоустройства (Лускин, 1937).

С другой стороны, строительство канала дало импульс для развития различных отраслей хозяйственной деятельности. Плановое перенос хозяйств и дальнейшая организация сельского хозяйства позволили ему

занять ведущее место в структуре природопользования и стать основным источником антропогенной нагрузки на водосборе канала на долгие годы.

На основе обработки картографических материалов (Карта сельскохозяйственного использования земель Нечерноземной зоны, 1984; карта использования земель Московской области, 1986 и др.) и анализа дистанционной информации (разновременных космических снимков Ьапска! 5 ТМ) была составлена карта структуры природопользования по состоянию на 1986 г. (до начала социально-экономических изменений в России в конце 1980-х начале 1990-х гг.). При отсутствии крупных промышленных объектов и селитебных территорий основным источником антропогенной нагрузки до конца 1980-х гт. на рассматриваемом участке водосбора Клязьминского водохранилища было сельское хозяйство, занимавшее значительное место в общей структуре природопользования -19% от общей площади. На этот период площадь земель, на которых осуществляется лесохозяйственное природопользование, составляет 65%; селитебное - 11%; рекреационное и промышленное - 2,7 и 2,3 % соответственно (рис.2а).

Интенсивное сельскохозяйственное освоение отличалось внесением высоких доз удобрений и ядохимикатов (до 25 т/га органических и 300 кг/га минеральных удобрений в год), что, главным образом, и влияло на качество воды в системе канала имени Москвы.

Социально-экономические изменения в России в начале 1990-х годов отразились в структуре природопользования (рис. 26). Так, сельское хозяйство утрачивает свое значение в структуре природопользования водосборов водохранилищ водораздельного бьефа. Пятикратное сокращение крупного рогатого скота по 7 основным сельскохозяйственным предприятиям районаи практически двукратное уменьшение посевных площадейпривели к деградации сельскохозяйственного комплекса, и его доля в экономике Мытищинского района снизилась до 1 % (рис. 2 б; 3).

Типы и подтипы природопользования (на основе классификации по А.Б. Басаликас. 1977)

1. Промышленно-урбанистическнй тип

1.1. Городской селитебный

Многоэтажная застройка

1.2. Транспортно-промышленный

-----автомобильные дороги

В Промышленные терри тории

2. Сельский селитебный тип

В Территории населенных пунктов щ Территории котеджных поселков Садовые товарищества

3. Сельскохозяйственный тип

Сельскохозяйственные территории

4. Рекреационный тип

В Рекреационные территории

5.Водохозяйствен н ы й ти п

-— Реки

; В Водохранилища и другие водные объекты

бЛесохозяйственное (водоохранный, рекреационный и

санитарно-гигиенический подтипы)*

Коротко-и длннопроизводные от сосново-елово-панортн нковово-киелнчно-широкотравных с таежными видами, неморальными зелеными мхами и печеночниками, местами с ольхой и рябиной лесов

i 26.а ggjgggf 26.6

Коротко- и длннопроизводные от сосново еловых с дубом, липой и рябиной кислично-хвощево-шнрокотравные с папоротниками.боровыми видами и пятнами зеленых мхов лесов.

НИ -^-ВН363 HB36a

■Щ Зб.б

Коротко- и длннопроизводные от дубово-еловых панортн «ково-широкотравных с таежными видами неморальным! зелеными мхами лесов.

HB :s-a мв28 6

Другие коротко- и длннопроизводные леса

Ш

38.6

• нумерация гипов лесов прицелена н соотвсствнн с Огуреева. ]

Рис. 2. Структура природопользования на участке водосбора Клязьминского водохранилища: а) по состоянию на 1986г.; б) по состоянию на 2011 г.

Близость г. Москва предопределила активное развитие селитебного природопользования на залежных полях. Начало процесса освоения бывших совхозных полей под частные огородные хозяйства с садовыми домами было положено еще в 1988 - 1989 гг.

В дальнейшем селитебное природопол ьзован и е увеличивалась за счет строительства коттеджей: 1) в старых населенных пунктах; 2) новых поселков; 3) в садоводческих товариществах, сохранявших свои

организационно-правовые формы (рис. 4.).

Еще одним значимым фактором негативного воздействия на водные объекты является рекреация.

В развитии рекреационного природопользования можно выделить три периода: первый (с 1961 по 1970 г.)- связан с отнесением лесов к лесопарковому поясу, что привело к увеличению числа отдыхающих;

второй (с 1970 по начало 90-х годов) - обусловлен

государственным регулированием (ограничением) рекреационного природопользования; третий (с 1992 г. по н.в.) — обусловлен изменениями рекреационного природопользования, в связи с возникновением массового дачного строительства (Груздева и др., 2005).

В настоящее время коттеджная застройка и рекреация представляются основнымифакторами негативного антропогенного воздействия на водосборе.Наряду с крупными промышленными предприятиями они являются объектом мониторинга соответствующих организаций (рис. 5). Объемы сброса сточных вод от 11 очистных сооружений коттеджных поселков и подобных селитебных территорий

1гС(Чи11Й(Т»ГВН1Н ^^^^^

Рис. 3 Изменение структуры природопользования за 25 летний период.

Рис. 4 Структура селитебного природопользования: а) 1986 г.. 6)2011 г.

достигают примерно 11700 м3/сут. (сюда не включены крупные населенные пункты - Хлебникове, Долгопрудный, Лобня). Общий объем промышленных сбросовна рассматриваемой территории составляет 16000 м3/сут. Семь основных объектов организованной рекреации (пансионаты и дома отдыха) обеспечивают объем сброса равный 1400 м3/сут.

Для оценки влияния сбросов сточных вод на водный объект был применен коэффициент использования водных ресурсов, являющийся основным показателем степени нагрузки на водные ресурсы и часто применяемый в исследованиях подобного типа (Данилов - Данильян, 2008).

В отсутствие данных по забору воды, и имея ввиду, что забор воды может осуществляться с граничащих водных бассейнов, при расчете данного коэффициента использованы объемы сброса сточных вод, принятых как объемы водозабора.Для исследуемой территории онсоставляет менее 10%, и фактически водный стресс на водохранилища водораздельного бьефа невелик. Это подтверждает большую значимость селитебных территорий (коттеджной застройки) как площадных источников негативного воздействия на водные объекты (поверхностный сток с территории).

Рассматривая геоэкологический аспект развития

природопользования, необходимо отметить, что застройка и рекреация значительно влияют на состояние лесного покрова и особенности его пространственного распределения - важные факторы формирования и поддержания качества поверхностных вод. Вокруг массивов застройки происходит увеличение рекреационной нагрузки на леса. Тем не менее, как показывают различные исследования, при очень высокой антропогенной нагрузке леса Мытищинского района имеют хорошее состояние. Исследования, проведенные в прибрежных районах Клязьминского водохранилища в конце 90-х гг. XX в., также показали, что санитарное состояние лесных массивов за прошедшие десятилетия практически не ухудшилось (Трофимова и др., 1999) и в целом, состояние лесных

экосистем оценивается как хорошее (Левицкая, 2012). Площадь лесовосстановления в 2000 - 2009 гг. по районам области составила примерно 4-6 км2 (Лесной план, 2010).

Анализ карт растительного покрова (Алехин, 1934, Огуреева, 1996), космических снимков и современные полевые исследования показали, что значимых сокращений площади лесов иизменений их видового составапрактически не отмечается, также сохранились участки коренных хвойных лесов. Во многом сохранению лесных экосистем способствует их особый режим охраны. Несмотря на значительно возросшие антропогенные нагрузки, лесные экосистемы сохраняют свои природоохранные функции, тем самым обеспечивая относительно благополучную экологическую обстановку на водосборе.

Как видно, социально-экономические перемены 1980 - 1990 гг.изменили вектор развития природопользования в регионе, что позволило выделить два основных этапасельскохозяйственный (1947 - 1990 гг.) и селитебный (с 1991 г. по н. в.).

Глава 4. Влияние изменений структуры природопользования на качество вод водохранилищ водораздельного бьефа канала имени Москвы.

Изменение структуры природопользования повлияло на характер антропогенной нагрузки на водохранилища водораздельного бьефа. Наиболее четко антропогенная нагрузка на водный объект индицируется качеством его вод.

Для анализа изменения качества воды рассматриваемых водохранилищ использовались результаты полевых наблюдений автора, данные лаборатории Акуловского гидроузла ОАО «Мосводоканал», мониторинговая сеть которой является наиболее репрезентативной как в пространственном, так и во временном масштабах.

Рис.5 Источники сброса загрязняющих вегцеств на водосборе водохранилищ.

Контроль за качеством воды проводится ежедневно или 2 раза в месяц в зависимости от пункта контроля по 23 показателям (органолептические показатели, биогенные элементы, солевой состав, нефтепродукты, биологическое и химическое потребление кислорода).

Гидрохимические данные по 10 пунктам контроля (примерно 45 ООО анализов) были оцифрованы и статистически обработаны по следующим веществам - азотная группа, хлориды, фосфаты, марганец, растворенный кислород.Азотные формы и фосфаты являются характерными показателями степени нагрузки на водные объекты, как сельского хозяйства, так и населенных пунктов. Хлориды - репрезентативный показатель суммарной антропогенной нагрузки. Марганец - элемент, концентрации которого в водах канала имени Москвы всегда были высоки (до 1,5 ПДК) и создавали трудности при очистке воды на водопроводных станциях (Францев, 1959).

Большинство определенных теоретических типов распределения являются нормальными или близко к нормальному (гамма, логнормальное, Релея) и характерны для фосфатов, растворенного кислорода, аммония. Типы распределения, имеющие ярко выраженный асимметричный характер (Вейбул, ЭкстримВалью, Бета), характерны для марганца и отдельных выборок исследуемых величин. Скошенность асимметрии показывает, что

вероятность появления экстремально низких значений больше, чем экстремально высоких.

Наибольшие средние многолетние значения концентраций рассматриваемых веществ характерны дляверхнего участка канала имени Москвы (г. Дубна), наименьшие наблюдаются в Учинском водохранилище (Листвянская ГЭС), что указывает на очистительные способности канала.

Максимальный коэффициент вариации (показатель степени изменчивости величины) характерен для азотной группы, в первую очередь для нитритов - переходной и наиболее неустойчивой азотной формы (рис.6). Показательным является увеличение коэффициента вариации аммония и марганца от верховья канала к водозаборным водохранилищам, что является следствием антропогенного воздействия (взмучивание донных осадков, поступление загрязнений).

Рис. б. Коэффициент вариации содержания рассматриваемых веществ для различных пунктов контроля качества воды.

Для общей оценки изменения качества воды в течение всего периода функционирования системы были рассмотрены многолетние среднегодовые и среднемесячные (июль и август (период межени), ноябрь (период паводков), апрель (период половодья)) концентрации веществ) по Клязьминскому и Пестовскому водохранилищам (конечный и начальный водоемы в системе водохранилищ водораздельного бьефа).

Качество воды рассматриваемых водохранилищ ухудшилось во второй половине XX века, на что указывает возросшая концентрация

рассматриваемых элементов - азотных форм, хлоридов, фосфатов. Как видно по значениям индекса комплексного загрязнения водохранилищ — К,в = (Сс|/ПДКс1 + Скюз/ПДКыоз + СШ2/ПДКМ02 + СЫн4/ПДКЫн4)/4 (рис.7) -основной рост концентраций веществ произошел в период с начала 1960-х гг. по конец 1980-х гг., что связано с развитием сельского хозяйства и активным применением удобрений и ядохимикатов. В период изменения структуры природопользования и активного селитебного строительства (конец 80-х по н.в.) ухудшения качества вод не наблюдается.

Рис. 7. Индекс комплексного загрязнения вод Пестовского и Клязьминского

водохранилищ

Для детального рассмотрения тенденций в изменении качества воды в условиях нарастающей нагрузки селитебного и рекреационного природопользования в рамках НИР 30704-37-1-31-9/11 от 31.12.2010г. «Создание актуальной карты, определение состава донных отложений и структуры подводных течений в Клязьминском и Учинском водохранилищах для разработки мероприятий по повышению качества отбираемой воды» был проведен подробный регрессионный анализ гидрохимических данных (среднегодовые и среднемесячные концентрации азотных форм, фосфатов, перманганатной окисляемости, растворенного кислорода, марганца) с 1988 по 2012 гг.

Для анализа использовались данные пунктов контроля на Клязьминском (активная хозяйственная деятельность в водоохраной зоне) и

Учинском водохранилищах (более строгий режим водоохраной зоны -хозяйственная деятельность ограничена). Анализ результатов позволяет выявить следующие закономерности.

Нитраты. За весь период наблюдений содержание нитратов ниже ПДКрх (рис. 8). Их среднегодовые концентрации колебались в небольшом интервале 0.3 - 0.55 мгЫ03/л, но в 2003 - 2006 гг. в период половодья в водохранилищах наблюдались максимальные значения (до 1.5 мгЫ03/л), что обусловило и увеличение среднегодовых значений.

I

Рис. 8 Среднегодовые и среднемесячные концентрации веществ в Учинском (а) и Клязьминском (б) водохранилищах.

Начиная с середины 90-х годов, происходит снижение концентрации нитратов в апреле, тогда как концентрации веществ в августе возросли. В результате в некоторых пунктах в разные годы концентрации в межень и в период половодье стали практически равными.

Это является следствием сокращения поступления нитратов с поверхностным смывом и увеличением их концентраций в августе в результате активной рекреации. Тренды на рассматриваемых водоемах идентичны, и значительных увеличений концентраций в период с 1988 по 2012 гг. не наблюдается.

Аммоний. Этот показатель достаточно четко отражает1 динамику стабильного состояния промышленного производства в рассматриваемом регионе в 80-е годы и резкий спад с 2001 г. (рис. 8). Коэффициент детерминированности для аммония самый высокий среди рассматриваемых показателей. Амплитуда тренда на Учинском водохранилище более выраженная, чем на Клязьминском, что, возможно, связано с тем, что р. Клязьма содержит меньше ионов аммония и разбавляет его воды.

Нитриты. В их сезонной динамике низкие концентрации наблюдаются зимой, а высокие - в течение периода вегетации. Содержание нитритов - важная характеристика качества воды, связанная со «свежим» загрязнением. Однако содержаниеМ02 малозначимо в общем балансе минерального азота, поскольку его на 1 - 2 порядка меньше, чем нитратного. Выделяется два тренда: падение концентрации N02 в период 1988 - 1999 гг. и медленное нарастание в период 1999 - 2011 гг. Превышение ПДКр6х (0,02 мг/л) отмечается в период сезонной вегетации водорослей.

Фосфаты. Рассматриваемый период по содержанию фосфатов можно отнести к этапу стабильного состояния с высокой нагрузкой и значительными колебаниями около среднего уровня -0.12 мг/л. Сезонная динамика фосфатов позволяет связать их содержание с развитием разных групп фитопланктона. Максимумы содержания фосфатов попадают на

половодья (март - апрель) и на окончание периода вегетации (сентябрь -октябрь). В зимний период фосфаты практически не потребляются, поэтому их концентрация в это время велика. Минимальное содержание фосфатов (0.01 - 0.04 мг/л) наблюдается в период массового развития диатомовых водорослей (май). При меньших концентрациях фосфатов диатомеи не развиваются. Можно предположить, что минимальная концентрациядолжна располагаться в указанном интервале концентраций.

Марганец. С 1988 г. по настоящее время установлены два периода: увеличения содержания с 1988 по 2000 гг. и уменьшения с 2000 по 2011 гг. Следует отметить, что практически во все сезоны наблюдается концентрации, превышающие рекомендуемую ВОЗ величину 0,05 мг/л. Максимальные значения могут превышать 0,2 мг/л. Весенний всплеск в период половодья можно объяснить привносом с поверхностным стоком. Однако летние «пики», скорее всего, связаны с поступлением элемента из донных осадков.Тренды на водоемах схожи, но в Учинском водохранилище он имеет более выраженную амплитуду.

Растворенный кислород. Содержание растворенного кислорода (РК) в воде характеризует кислородный режим водоема и имеет важнейшее значение для оценки его экологического и санитарного состояния. Снижение концентрации РК свидетельствует о загрязнении водоема биохимически интенсивно окисляющимися веществами (в первую очередь органическими). Его содержание колеблется от 6,49 до 12,66 мгО/л (среднегодовые значения). Можно говорить об этапе стабильного состояния и незначительном колебании около среднего уровня 8,7 мгО/л. Незначительные колебания можно характеризовать двумя этапами: падение концентраций (1988 — 1999 гг.), нарастание концентраций (1999 - 2011гг.).

В основном коэффициенты детерминированности по всем компонентам, кроме растворенного кислорода и марганца, выше для второго периода (2001 - 2012 гг.). Очевидно, это связано с более устойчивой антропогенной нагрузкой на водосборах водохранилищ.

Стоит отдельно сказать о таком типичном показателе антропогенного загрязнения как нефтепродукты, содержание которых, в целом, зав рассматриваемый период незначительно колеблется около 0,1 мг/л (ПДК) и говорить о нефтепродуктах как об устойчивых загрязнителях не приходится.

Другим важным показателем экологического состояния водных объектов являегсябактериологическое загрязнение. Обработка данных лаборатории Акуловского гидроузла ОАО«Мосводоканал» показала, что бактериологическое состояние находится в норме и лишь в отдельных пунктах и в отдельные периоды времени наблюдаются превышения норматива численности патогенных организмов в воде системы канала имени Москвы.

Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что внутрисезонные колебания значительны и связаны с характером антропогенной нагрузки, гидрологическим режимом, внутриводоемными процессами. Полиномиальные функции трендов, рассчитанные для среднемесячных и среднегодовых концентраций, идентичны.

Полученные данные не позволяют г оворить об ухудшении качества воды в период с 1988 по 2012 гг. вследствие развития селитебного и рекреационного природопользования. Лишь отдельные показатели (сезонные пики элементов) могут указывать на возросшие рекреационные нагрузки в отдельные летние месяцы и дни. В целом, можно говорить о положительном влиянии на экологическую ситуацию изменения структуры природопользования.Смена вектора развития в конце XX века пока привела к локальным воздействиям селитебного и рекреационного природопользования на качество вод. Это было выявлено в ходе данного исследования (высокие летние концентрации элементов в период активной рекреации), а также подтверждается результатами других работ (Гордин, 2006).

В связи с этим, говорить о полном отсутствии негативного воздействия на водохранилища со стороны селитебного и рекреационного природопользования было бы неверно.Наблюдаемый положительный эффект в большей степени характеризуется переходом от более «интенсивного» типа природопользования (сельскохозяйственный) к менее (селитебный и рекреационный).

Большую роль в обеспечении экологической безопасности водохранилищ водораздельного бьефа играет подача большого объема относительно чистой воды из Иваньковского водохранилища (до 87 % общего стока). Сравнение многолетних гидрохимических показателей показали определяющую роль Иваньковского водохранилища в тенденциях изменения качества водводохранилищ водораздельного бьефа. Это определяет высокую самоочистительную способность системы канала имени Москвы, что является важным в нейтрализации негативного воздействия природопользования на водосборах водохранилищ водораздельного бьефа и обеспечения экологической безопасности региона в целом. Кроме тот, с уменьшением объемов перекачки воды по каналу в последнее десятилетие наметилась тенденция увеличения роли притоков водохранилищ водораздельного бьефа в процессах формирования качества воды (Даценко, Заславская, 2012).

Антропогенная деятельность на отдельных водосборных площадях каждого из водохранилищ оказывает влияние на локальном уровне.Однако необходимо учитывать, что возрастающее влияние селитебных и рекреационных нагрузок без их рационального планирования может превысить возможности саморегулирования водной экосистемы и привести к снижению качества воды водохранилищ, что также отмечается другими исследователями (Ланцова, 2009).

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Строительство системы канала имени Москвы значительно повлияло на природопользование района того времени. В 1930-х годахперенос хозяйств и поселений, развитие транспортной инфраструктуры, появление новых водных объектов изменили его облик. Плановый перенос хозяйств позволил сельскому хозяйству занять основное место в структуре природопользования до конца 1980-х годов.

2. Изменение социально-экономической ситуации в стране (конец 1980-х - начало 1990-х годов) привели к резкому упадку сельского хозяйства (двукратное снижение посевных площадей) и развитию на его месте коттеджного строительства и рекреации.Можно выделить два основных этапа развития природопользования водосборов водохранилищ водораздельного бьефа: сельскохозяйственный (1947 - 1990 гт.) и селитебный (с 1991 г. по н.в.).Изменения структуры природопользования отразились на экологической ситуации региона, в том числе и на качестве вод водохранилищ - одном из основных показателей экологической безопасности.

3. Анализ гидрохимических данных за более чем 60-летний период существования водохранилищ показал, что качество вод рассматриваемых водных объектов по рассматриваемым показателям ухудшилось, однако, в целом, находится на удовлетворительном уровне (величины ПДК не превышены). Рост концентрации азотных форм, фосфатов, хлоридов пришелся на 1960 - 1980-е годы - период активного сельскохозяйственногоприродопользования (индекс комплексного загрязнения вод возрос более чем в 2 раза). Регрессионный анализ гидрохимических данных в период изменения структуры природопользования показал, что активное развитие селитебных территорий и рекреации не привели к росту содержания исследуемых веществ (индекс комплексного загрязнения относительно стабилен с

незначительным понижением с 1990-х годов). Это позволяет говорить о благоприятном влиянии изменения структуры природопользования на экологическое состояние водохранилищ.

4. Вода, поступающая по каналу из Иваньковского водохранилища, составляет до 87% баланса воды водохранилищ водораздельного бьефа и определяет динамику качества их вод. Нивелируя влияние более загрязненного местного стока, волжская вода является основой благополучного экологического состояния водохранилищ водораздельного бьефа.

5. Дальнейший рост селитебных и рекреационных нагрузок может превысить возможности саморегулирования водной экосистемы и привести к снижению качества воды водохранилищ. В связи с этим, актуальным является рациональная организация и детальное планирование природопользования, которые смогут определить необходимый компромисс между различными его видами.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных для опубликования основных результатов диссертаций по сайту ВАК:

1. Волков, Д.А.Качество вод Клязьминского водохранилища / Д.А. Волков // Вестник Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. - 2011. - Сер.5 География. - С. 48-52.

2. Волков, Д.А.Мониторинг некоторых природных и социальных процессов в московском регионе / Д.А. Волков, A.A. Волынская, Е.И. Голубева, A.A. Саянов // Вестник Российской академии естественных наук. -2012.-Т11.-№5.-С. 68-74.

3. Волков, Д.А.Влияние природопользования на качество вод Клязьминского водохранилища / Д.А. Волков, Е.И. Голубева // Экология урбанизированных территорий. - 2012. - № 3. - С. 40-46.

Публикации в других изданиях:

4. Волков, Д.А.Качество вод Волгоградского водохранилища / Д.А. Волков // Тезисы 10-й международной конференции «Водные экосистемы, организмы, инновации». - М.: ООО «МАКС Пресс», 2008. - С. 56-57.

5. Волков, Д.А. Рекреационное природопользование на водосборных площадях питьевых водохранилищ / ДА. Волков // Труды 5-ой Международной научно-практической конференции «Туризм и рекреация: фундаментальные и прикладные исследования» - М.: ООО «Издательство Д.А.Р.К.», 2010. - С. 78-92.

6. Волков, Д.А. Питьевые водохранилища урбанизированных территорий / Д.А. Волков // Труды 4-ой международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий»- Астрахань: Астраханская цифровая типография, 2011.-С. 13-17.

7. Волков, Д.А. Изменения качества воды водохранилищ водораздельного бьефа канала имени Москвы / Д.А. Волков // Труды 5-ой международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» -М.: ФГУП «Типография» Россельхозакадемии, 2011. -С. 96-99.

Объем 1.0 пл. Отпечатано в копицентре « СТ ПРИНТ » Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус, e-mail: globus9393338@yandex.ru тел.: 8 (495)939-33-38 Тираж 100 экз. Подписано в печать 08.11.2013 г.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Волков, Дмитрий Андреевич, Москва

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Географический факультет

04201365^ Волков Дмитрий Андреевич

Экологическое состояние подмосковных водохранилищ в

условиях изменения структуры природопользования (на примере водохранилищ системы канал имени Москвы)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор Голубева Елена Ильинична

Москва-2013

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Природные и социально-экономические аспекты 7 функционирования водохранилищ.

1.1. Влияние водохранилищ на природу прилегающих территорий и их 7 социально-экономическое значение.

1.2. Факторы формирования стока и гидрологического режима 23 водохранилищ.

Глава 2. Физико-географическая характеристика района 31 исследования.

2.1. Объекты и методы исследования. 31

2.2. Природные условия района исследования. 47

Глава 3. Направление развития природопользования на водосборах 73 водохранилищ водораздельного бьефа канала имени Москвы.

3.1. Роль строительства и функционирования канала имени Москвы в 74 формировании структуры природопользования региона.

3.2.Направление развития природопользования водосборов 83 водохранилищ в период социально-экономических изменений России конца XX века.

Глава 4. Влияние изменений структуры природопользования на 119 водосборах водохранилищ водораздельного бьефа на качество их вод.

4.1. Анализ изменений качества вод водохранилищ за период их 123 функционирования.

4.2. Качество вод водохранилищ в условиях изменения структуры 135 природопользования на водосборе в период с 1988 г. по 2012 г.

Выводы 153

Список литературы 155

ВВЕДЕНИЕ

Водохранилища, являясь природно-техногенными системами, играют важную роль в жизни общества, выполняя различные функции — водоснабжение, транспортные, энергетические, рекреационные и др. Исследование геоэкологических аспектов их функционирования является важной составляющей в обеспечении экологической безопасности и устойчивого развития региона.

Длительное хозяйственное освоение и близость к столице обусловили Подмосковный регион как мощный социально-экономический развивающийся центр, который характеризуется значительным и разнообразным воздействием на окружающую среду. В настоящее время водохранилища Подмосковного региона подвергаются значительному антропогенному воздействию, и в этих условиях актуальным становится вопрос об их экологической безопасности. Особенно это касается объектов питьевого значения, к которым относятся водохранилища Волжской системы водоснабжения города Москвы.

Экологическая безопасность водохранилищ определяется состоянием водосбора, и для ее обеспечения необходима оценка зависимости качества воды водохранилищ от антропогенных изменений на их водосборе.

Цель исследования - экологическая оценка влияния изменений структуры природопользования на качество вод Подмосковных водохранилищ (на примере водохранилищ водораздельного бьефа канала имени Москвы).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

1. Установить основные геоэкологические аспекты создания и эксплуатации водохранилищ.

2. Определить природные условия севера Московской области, определяющие качественные и количественные характеристики вод водохранилищ водораздельного бьефа.

3. Выявить направления развития природопользования на водосборах водохранилищ водораздельного бьефа.

4. Оценить зависимость качества вод водохранилищ водораздельного бьефа от изменений природопользования на водосборе.

Теоретическая и методическая база. Работа базировалась на теоретических и практических исследованиях ученых, изучающих различные аспекты использования водных ресурсов: А. Б. Авакяна, Н.И. Алексеевского, М.В. Болгова, О.Ф. Васильева, Е.В. Венецианова, Ю.И. Винокурова, А.Н. Вознесенского, Г.В. Воропаева, В.Ю. Георгиевского, В.И. Данилова -Данильяна, Ю.С. Даценко, К.Н. Дьяконова, И.С. Зайцевой, Д.Т. Зузика, Н.И. Коронкевича, И.В. Ланцовой, К.С. Лосева, М.И. Львовича, A.M. Никанорова, Д.Я. Ратковича, H.H. Филатова, К.К.Эдельштейна, C.B. Ясинского, Р.В. Номанна, Ф.М. Холлии др.

Научная новизна. В работе решена научная и практическая задача -дана оценка влияния изменений структуры природопользования на качество вод водохранилищ водораздельного бьефа канала имени Москвы. Впервые проанализированы изменения в характере природопользования на водосборах водохранилищ. Составлены карты структуры природопользования за 1986 и 2011 года с использованием данных дистанционного зондирования. Проведены статистический и регрессионный анализы массива лабораторных данных по качеству вод системы канала имени Москвы (с 1937г. - по н.в.), создана соответствующая электронная база данных.

Защищаемые положения:

• Функционирование системы канала имени Москвы определило структуру природопользования на ее водосборе. Особый охранный статус системы и ее рекреационные свойства лимитируют развитие промышленного и лесохозяйственного природопользования и способствуют развитию сельскохозяйственного, селитебного и рекреационного.

• Социально-экономические перемены 1980 — 1990 гг. в России повлияли на структуру природопользования на водосборах водохранилищ водораздельного бьефа, разделив историю его развития на два основных этапа: сельскохозяйственный (1947 - 1989) и селитебный (1990 - н.в.).

• Изменения структуры природопользования положительно сказываются на качестве вод водохранилищ водораздельного бьефа. В период сельскохозяйственного этапа фиксировалось постоянное снижение качества вод, тогда как в селитебный этап ухудшение не наблюдается.

• Удовлетворительное качество вод водохранилищ водораздельного бьефа обеспечивается преимущественно за счет технологических процессов в системе канала имени Москвы - поступления относительно чистой волжской воды из Иваньковского водохранилища.

Практическая значимость работы. Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы «Теоретические и методологические основы природопользования в целях устойчивого развития» (№ гос. регистрации 0120 060 39 60 ПН-06). Результаты исследования используются в лекционных курсах на географическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова («Региональное природопользование», «Геоэкологический мониторинг», «Современные проблемы экологии и природопользования») и в учебной (профильной) практике кафедры.

Материалы исследования могут быть востребованы при разработке водоохранных программ на подмосковных водохранилищах, планов развития водосборных площадей в организациях ОАО «Мосводоканал», ФГВУ «Центррегионводхоз», МОБВУ и др.

Апробация работы. Основные положения исследования докладывались на 10-й международной конференции «Водные экосистемы, организмы, инновации»(2008), на 5-ой международной научно-практической конференции «Туризм и рекреация: фундаментальные и прикладные исследования» (2010), на 4-ой международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (2011), на 5-ой международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» (2011) и др.

По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи - в журналах из перечня ВАК РФ.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору, д.б.н. Е.И. Голубевой. Большую благодарность за

поддержку тематики выражаю в.н.с. к.ф.-м.н. [A.B. Краснушкина|. За важные советы и конструктивные замечания большое спасибо сотрудникам географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова проф., д.г.н. Н.Л. Фроловой, с.н.с., к.г.н. Ю.С. Даценко, доц., к.г.н. Д.Д. Бадюкову, доц., к.г.н. Т.А. Воробьевой, в.н.с., к.г.н. Г.Д. Мухину, доц., к.г.н. Т.О. Король, с.н.с., к.г.н. Н.И. Тульской и всему коллективу кафедры рационального природопользования за творческую атмосферу и дружескую поддержку. Большую признательность автор выражает с.н.с., к.т.н. ИБП РАН Кирпичниковой Н.В. за большую помощь в анализе гидрохимических данных и активное участие в обсуждении результатов. Отдельные слова благодарности сотрудникам Лаборатории Акуловского гидроузла ОАО «Мосводоканал» за предоставленную возможность использования архивных материалов.

Глава 1. Природные и социально-экономические аспекты функционирования водохранилищ.

1.1. Влияние водохранилищ на природу прилегающих территорий и их социально-экономическое значение.

Влияние водохранилищ на природу прилегающих территорий.

Водохранилища - чрезвычайно сложные природно-техногенные объекты, создание которых позволяет решить многие водохозяйственные и связанные с ними проблемы (Свиренко, 1934, Водохранилища для..., 1941). Водохранилища концентрируют в себе целый клубок противоречий, как в требованиях отраслей хозяйства, предъявляемых к водным ресурсам, так и побочных последствиях воздействия, как водоема, так и водосбора на природу и хозяйство образовавшейся природно-хозяйственной системы.

Создание и функционирование водохранилищ - важный фактор трансформации ландшафтов, связанный, в основном, с изменением гидрологического режима территории (Эдельштейн 1973, 1979, 1989, 1991, Дьяконов, 1975, Авакян, 1977, , Матарзин и др., 1987, Тихомиров, 2003, 2008, Анненская и др., 1997, и др.). Воздействие на окружающую территорию уменьшается по мере отдаленности от водохранилища. В связи с этим, правильным является выделение зон воздействия водохранилища на прилегающую территорию.

Проведение подобного функционального зонирования систематизирует и описывает как прямые, так и косвенные природные и соответствующие социально-экономические последствия по масштабности и степени их воздействия (рис. 1.1.)

Выделяется 11 зон гидрологического влияния водохранилищ, которое в свою очередь вызывает основные природные последствия и соответствующие социально-экономические изменения (Авакян, Шарапова, 1977):

Рис 1.1. Влияние водохранилищ на компоненты окружающей среды.

1. Зона прямого воздействия в верхнем бьефе:

а - Постоянного затопления (принимается обычно в пределах уреза воды водохранилищ при НПУ с учетом кривой подпора обеспеченностью 10%);

б - Периодического временного затопления (между НПУ и линией уреза воды с учетом подпора при прохождении паводков обеспеченностью 0.3 % — для железных дорог, 1% для населенных пунктов, 5% — для сельскохозяйственных угодий);

в - Эпизодического временного затопления с вероятностью повторения меньшей, чем указано в предыдущем пункте;

г - Повышения уровня грунтовых вод (подтопления); предельно допустимой глубиной залегания уровня грунтовых вод (от поверхности земли) считается глубина 1 м для сельскохозяйственных угодий, 2м- для сельских населенных пунктов, 3 м - для городов и поселков городского типа; д - Переформирования берегов водохранилищ; е - Климатического влияния.

2. Зоны косвенного влияния в нижнем бьефе:

а - Зона, выбывающая из прежнего хозяйственного использования по производственно-экономическим соображениям;

б - Зона отчуждения под объекты, строительство которых вызывается созданием или эксплуатацией водохранилища.

3. Зоны влияния в нижнем бьефе:

а - Зона влияния многолетнего и сезонного регулирования стока рек;

б - Зона влияния недельного и суточного регулирования стока рек;

в -Зона полного или частичного изъятия стока из реки (при отводе воды из водохранилищ в деривационные водоводы, каналы переброски стока и т.п.).

Основными природными последствиями создания и функционирования водохранилищ являются: затопление, подтопление и заболачивание территории; абразия берегов; изменение условий обитания водной и наземной фауны и флоры в долине реки; изменение микроклиматических условий; трансформация ландшафтов.

Изменение уровня грунтовых вод. Создание водохранилища существенно изменяет гидрологический режим территории и сток реки, делая его регулируемым, что дает как положительный, так и отрицательный эффект.

К отрицательным последствиям относятся затопление и заболачивание земель. При подтоплении меняется не только режим подземных вод, но и водный режим почвогрунтов, почвообразовательный процесс и свойств почв, растительность и животный мир, микроклимат и рельеф (Авакян, Шарапова, 1977). В России при создании водохранилищ затоплено порядка 4,5 млн. га, в том числе 1,5 млн. га сельскохозяйственных земель, включая 0,5 млн. га пахотных земель или около 0,3% площади пашни. Особенно интенсивно заболачивание проявляется в лесной и лесостепной зонах, где устанавливается грунтово-болотный или грунтово-полуболотный водный режим.

Зону подтопления чаще всего разделяют на подзоны сильного, умеренного и слабого подтопления. Подтопление формируется под воздействием комплекса факторов, но активно проявляется лишь на тех участках побережья, где этому способствует рельеф и механический состав почвогрунтов зоны аэрации (Авакян, 1986).

С другой стороны имеются и положительные эффекты, связанные с регулированием стока. В зависимости от потребности в воде, водохранилищами осуществляется суточное, недельное, сезонное и многолетние регулирование стока. Суточная и недельная регуляция стока необходима в основном для нужд

энергетики, тогда как сезонная и многолетняя регуляция стока позволяет решать и другие проблемы. Водохранилища, накапливая половодный сток, обеспечивают круглогодичное снабжение водой городов и промышленных предприятий, удешевляют и улучшают условия забора воды насосными станциями водопроводов в связи с поддержанием необходимых уровней. Также изменение стока существенно влияет на качество вод - снижает мутность, цветность, запах и др. показатели качества воды, что, помимо прочего, упрощает ее очистку на водопроводных станциях (Авакян, 1986). Регуляция стока позволяет ликвидировать бедствия, связанные с наводнениями, создать условия для хозяйственного освоения долины, снизить затраты на строительство коммунальных, промышленных и транспортных объектов в различных отраслях народного хозяйства.

Важно отметить, что во многом положительные стороны создания искусственных объектов определяются рациональностью проведения природоохранных и других мероприятий, как во время строительства, так и во время их эксплуатации. Так, строительство Цимлянского водохранилища и многолетние регулирование на реке Дон резко изменили не только гидрологический режим, но и экологические условия всей Дон-Азовской гидрологической системы. Цимлянская плотина отрезала нерестилища белуги, 75-80% нерестилищ осетра и рыбца, до 50% нерестилищ севрюги, сельди и чехони (Семенов, 1997). Урожайность сенокосных угодий поймы Дона упала в 3-5 раз, а отдельные участки вовсе деградировали. Аналогичные изменения произошли в бассейнах рек Кубани, Волги, Куры, Днепра, Терека, Урала.

Изменение водности рек и их водного режима являются исключительно важными экологическими факторами. Поэтому главной задачей при проектировании подобных водных объектов является оценка допустимых пределов в изменении водного режима при регулировании стока и хозяйственной деятельности в бассейнах рек. Научно обоснованное использование и регулирование стока с учетом потребностей водных и околоводных экологических систем позволяет создавать оптимальные условия

для их функционирования без ущерба для хозяйственного использования водных ресурсов.

Абразия берегов. Геологическая деятельность водохранилища состоит в абразии берегов (в верхних частях водоема - эрозии), а также в транспорте и аккумуляции наносов.

Темпы переформирования склонов обычно высоки и зависят от ряда факторов: геологического состояния берегов и дна, первоначального рельефа затопляемой долины и береговой зоны, водного и ледового режима водохранилища, режима работы гидротехнических сооружений, климатических условий и т.д.

Абразионные и аккумулятивные процессы, протекающие в разных климатических условиях, способствуют формированию характерных особенностей развития берегов. В условиях многолетней мерзлоты абразия берегов развивается в сочетании с процессами протаивания и просадок. Поступающие в прибрежную зону водохранилища наносы сингенетически промерзают, что увеличивает размер отмелей. Для этих районов характерно наличие ледяных берегов и их слабозатухающий размыв под влиянием термической абразии (Казаров, 2006).

На водохранилищах умеренной зоны абразия, наряду с активизацией других экзогенных процессов, наиболее развита (рис. 1.2, 1.3). Здесь наиболее полно проявляется воздействие на берега ветрового волнения. Рост прибрежных отмелей зависит от вдольбереговых потоков песчаных и галечниковых наносов, может ими задерживаться или, наоборот, ускоряться. В начальный период формирования бе