Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Научно-методическое обоснование допустимого безвозвратного изъятия поверхностных вод

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Научно-методическое обоснование допустимого безвозвратного изъятия поверхностных вод"

Министерство природных ресурсов Российской Федерации Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов (РосНИИВХ)

Черняк Валентина Якимовна

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДОПУСТИМОГО БЕЗВОЗВРАТНОГО ИЗЪЯТИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Екатеринбург - 1997

Министерство природных ресурсов Российской Федерации Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов (РосНИИВХ)

На правах рукописи

Черняк Валентина Якимовна

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДОПУСТИМОГО БЕЗВОЗВРАТНОГО ИЗЪЯТИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Специальность: 11.00.11 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Екатеринбург- 1997

Работа выполнена в Российском научно-исследовательском институте комплексного использования и охраны водных ресурсов (РосНИИВХ) Министерства природных ресурсов Российской Федерации.

Научный руководитель: доктор географических наук,

профессор Шахов И.С.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, академик РЭА

Мороков В.В.,

кандидат географических наук Носаль А.П.

Ведущая организация: Комитет по водному хозяйству

Свердловской области

Защита диссертации состоится «- » « » 1998 г. в

часов на заседании специализированного совета Д 099.01.01. при Российском научно-исследовательском институте комплексного использования и охраны водных ресурсов (РосНИИВХ) по адресу: 620049, Екатеринбург, ул. Мира,23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РосНИИВХ.

Автореферат разослан » декабря 1997 г.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира, 23,РосНИИВХ.

Ученый секретарь

специализированного совета Д 099.01.01,

к.т.н., с.н.с. Рыбаков Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1 Актуальность проблемы. В условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки на водные объекты все большую проблему приобретают количественные и качественные аспекты состояния водных ресурсов.

Во многих районах России наблюдается истощение рек (исчезновение, заиление, заболачивание), уменьшение рыбных запасов (особенно ценных видов рыб), ухудшение плодородия пойменных земель и др.

Современный этап нерационального использования водных ресурсов привел к нежелательным изменениям речных экосистем, а в некоторых случаях и к экологическим катастрофам.

Это происходит потому, что вмешательство в водную экосистему зачастую происходит без должного анализа возможных последствий,что в конечном итоге ведет к ухудшению социально- экологических условий жизни населения./

Стратегия вйдйпользования должна базироваться на сохранении экологически безопасного и устойчивого состояния экосистемы водосборного бассейна. Такой подход к водным источникам вытекает из Всемирной стратегии охраны природы, это - обеспечение развития и одновременно поддержание продуктивности природных возобновляемых ресурсов, охрана дикой флоры и фауны, генетического фонда.

Таким образом, сохранение водного источника и всех элементов водосборного бассейна как единой системы, возможно при экосистем-ном подходе к управлению водными ресурсами и обоснованному безвозвратному изъятию.

В поверхностных источниках (реках, озерах) необходимо резервировать определенную часть стока, которая при различных видах хозяйственной деятельности обеспечивала бы нормальное функционирование водных экосистем и водосборного бассейна в целом.

В настоящее время практически нет научно обоснованных критериев допустимого изъятия стока из водных объектов. Правила охраны поверхностных вод рекомендуют в качестве расчетных для незарегули-

рованных рек принимать минимальный средний месячный расход 95% обеспеченности, а для зарегулированных - гарантированные расходы воды ниже плотины (санитарный попуск).

Сохранение наших рек, защита их от дальнейшей деградации требует разработки научно- обоснованных рекомендаций по допустимым безвозвратным изъятиям воды.

Цель и задачи исследований. Основная цель работы - исследование закономерностей функционирования экосистемы речных бассейнов и разработка методики оценки ненарушаемого стока и допустимого безвозвратного изъятия поверхностных вод. Для реализации поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

- оценка условий оптимального развития экосистемы водосборного бассейна;

- обоснование гидрологических критериев оптимального функционирования биоценозов в пределах водосборного бассейна и водной системы;

- обоснование количественных параметров безвозвратного изъятия поверхностных вод в условиях комплексного совместного взаимодействия всех биотических и абиотических факторов;

- проведение экспериментального исследования на конкретных объектах и комплектование ненарушаемых гидрографов и допустимых к изъятию объемов воды.

Объектом настоящего исследования являются водные источники (реки), испытывающие к настоящему времени значительное изменение количественных и качественных показателей под влиянием хозяйственной деятельности.

Предметом исследования являются процессы взаимодействия водного режима рек с различными элементами экосистемы реки и водосборного бассейна.

Объективная оценка ненарушаемого стока рек должна базироваться на экосистемном подходе, учитывающем взаимосвязь всех природных компонентов в пределах бассейна реки.

Методика исследований. Научные положения установлены на основе системного анализа результатов обработки экспериментальных , натурных наблюдений с помощью современных методов теории вероятностей и математической статистики.

Исходными данными послужили материалы многолетних наблюдений Росгидромета, института экологии растений и животных РАН, АзНИИРХ,

ЦНИОРХ, КаспНИРХ, СибрыбНИИпроекта, результаты работ по этой проблеме РосНИИВХ, а также сведения из опубликованных источников.

Научная новизна:

- разработана концепция допустимого безвозвратного изъятия поверхностных вод;

- установлены закономерности взаимодействия речных потоков и:

а) продуктивности флоры и фауны пойменных земель;

б) оптимального воспроизводства рыбных запасов;

в) оптимального режима уровня грунтовых вод, обеспечивающего защиту территорий от иссушения и подтопления;

г) внутриводоемных процессов в меженный период и период весеннего половодья.

Предмет защиты- решена важная народохозяйственная задача по рациональному использованию и охране вод на основе всестороннего учета взаимодействия речного потока с различными элементами водосборного бассейна.

В результате проведенных исследований установлены параметры ненарушаемого стока рек, основанные на анализе: взаимодействия различных элементов экосистемы водосборного бассейна и внутриводоемных процессов с водным режимом дренируемого территорию водного объекта.

Допустимая нагрузка в таком случае представляет оптимизированную величину диапазона изменения водного режима с учетом возможных воздействий как на водосборе, так и в руслах рек.

Практическая ценность исследования состоит в том, что органы управления водными ресурсами и охраны вод получили возможность объективного установления допустимого вмешательства в водные объекты и оптимального их использования.

_ Работа имеет перспективу практического использования в нормативных документах.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательских тем: в 1992 г. - 1.10.1. по заданию Министерства экологии и природных ресурсов Российской Федерации; в 1993 г. - 1.13/1.4.1. по заданию Комитета по водным ресурсам при Совете Министров - Правительстве Российской Федерации.

По отчетам имеются положительные заключения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований докладывались автором на Всероссийской научно-практичес-

кой конференции по управлению водным хозяйством России (г. Екатеринбург, 1993), на научно-практической конференции «Бассейновый принцип в оптимизации водопользования и водоохранных мероприятий» (г. Уфа, 1994), на Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы республики Татарстан» (г. Казань, 1995), на региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы эколого-географического изучения Урала для целей оптимизации природопользования и регионализации образования» (г.Екатеринбург, 1997), на научно-практическом семинаре на Международной выставке «Уралэ-кология- 97» (г. Екатеринбург, 1997).

По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованной литературы (110 наименований). Общий объем работы 135 страниц, включая 11 таблиц, 18 рисунков и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении излагается общая характеристика работы: актуальность, цель и задачи исследований, научная новизна, практическая значимость.

В первой главе приводится характеристика режима поверхностных вод в природных условиях и в результате антропогенной деятельности. Водный режим формируется под влиянием комплекса факторов (климатических и факторов подстилающей поверхности). Роль и вклад их в формировании различных характеристик стока неодинаковы и зависит не только от вида стока (годовой, сезонный, максимальный, минимальный), но и от продолжительности осреднения стока (текущий, средний, многолетний).

К числу климатических факторов, наиболее ярко выраженных и обуславливающих речной сток, относятся атмосферные осадки, температура воздуха, испарение. Для тех бассейнов, в которых водотоки полностью дренируют осадки, стекающие поверхностным и подземным путем, средний многолетний годовой сток их зависит, главным образом, от климатических показателей - осадков и испарения.

По мере уменьшения периода осреднения стока (сезон, месяц, сутки), а также для незамкнутых водосборов, на величину стока все более существенное влияние оказывают факторы подстилающей поверхности (лес, озера, болота, почвогрунты и т.д.).

Антропогенная деятельность вызывает значительное изменение природных водных ресурсов рек. При этом роль последних с каждым годом становится все более значительной и требует количественной оценки воздействия на водные ресурсы, водный баланс,, гидрологический режим.

Виды хозяйственной деятельности, оказывающие наибольшее влияние на режим стока, можно ранжировать в таком порядке: регулирование стока водохранилищами и прудами, агротехнические мероприятия, осушение, орошение, промышленное и коммунальное водоснабжение.

Вторая глава посвящена обзору исследований по обоснованию экологического режима рек и рассматриваются концептуальные основы экосистемного подхода в условиях федеративного устройства государства.

Действующие в настоящее время нормативные документы не позволяют комплексно подойти к оценке оптимального нормирования безвозвратного изъятия поверхностного стока из водных объектов.

В понятии экологического расхода и в используемой терминологии (минимально допустимый, санитарный, минимально необходимый, остаточный и др. расходы) до настоящего времени нет четкой определенности. Естественно, что и результаты исследований в этом случае несопоставимы не только по конкретным критериям, но и в принципиальном подходе.

Большой вклад в исследование проблемы ненарушаемых расходов рек для различных территорий внесли П.Д.Гатилло и И.М. Филиппович (1971, 1975), Ф.Ф.Кефели (1972, 1977), А.А.Зиверт (1975), Г.Н.Петров (1973, 1974), Г.П.Калинин (1970), Х.А.Вельнер, А.Г.Каск (1973, 1975) и др. Все эти исследователи рассматривают вопрос с различных позиций и поэтому предъявляют различные требования к величине расхода и режиму стока. Одни оценивают оставляемый в реках расход с позиций сохранения их как элементов ландшафта, другие - с позиций обеспечения утилитарных требований.

Комплексный подход к оценке экологически необходимого стока рек применили Б.Ф.Фащевский (1980, 1989, 1990, 1996), И.С. Шахов (1985), А.В.Яцык, А.б.Бышовец (1996), В.Г.Дубинина, Ю.М. Гаргопа и др.(199б).

Проблему нормирования допустимой степени вмешательства в водные объекты необходимо решать с позиции экосистемного подхода. Он предполагает, что достижение главных целей - водообеспечення и охраны вод -возможно лишь при условии поддержания устойчивого экологического со-

стояния как водоисточников (рек, озер, подземных горизонтов), так и природной среды бассейна в целом. Следовательно, принимаемые решения должны учитывать совместимость водохозяйственных мероприятий с естественным функционированием природных экосистем, вписываться в них.

Россия - федеративное государство, состоящее из территориально-национальных образований - субъектов, обладающих определенной юридической и политической самостоятельностью.

К совместному ведению отнесены вопросы владения, пользования и распоряжения водными ресурсами, охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности .

По Конституции водные ресурсы и водные объекты, весь водный фонд Российской Федерации являются государственной собственностью. Поэтому каждый субъект Федерации будет стремиться к эффективному использованию водных ресурсов на своей территории, но при этом он должен учитывать интересы других субъектов Федерации, расположенных в бассейне той же реки и не наносить вред в целом всей экосистеме бассейна.

I Вода, в отличие от других компонентов природы, имеет свои специфические особенности, она формируется по бассейнам рек, не знает границ территорий, а бассейн реки - это единая экологическая система.

Водный кодекс Российской Федерации устанавливает нормативы предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты, исходя из предельно допустимой величины антропогенной нагрузки, длительное воздействие которой не приведет к изменению экосистемы водного объекта (ст. 109 ВК РФ)Л

Экологические попуски и объемы безвозвратного изъятия поверхностных вод для каждого водного объекта определяются специально уполномоченным органом управления использованием и охраной водного фонда совместно со специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды в порядке, установленном Правительством Российской Федерации (ст. 110 ВК РФ). Удовлетворение потребностей водопользователей в водных ресурсах за счет экологического попуска не допускается.

Главный вопрос в отношении использования водных ресурсов состоит в том, чтобы найти динамическое равновесие между тем, сколько можно изъять воды из водоисточника и сколько необходимо оставить в реке, озере и т.д. для оптимального существования всей экологической системы водосборного бассейна.

|_Под влиянием хозяйственной деятельности, сложившейся веками водный режим в речных системах и их бассейнах меняется. С изменением его следует ожидать и существенных изменений всех элементов экосистемы бассейнов рек. Поэтому в реках, озерах необходимо резервировать определенную часть стока, которая при любых видах хозяйственной деятельности обеспечивала бы нормальное функционирование системы водосбора^

Такой сток следует рассматривать как ненарушаемый. Он должен обеспечивать охрану водных объектов от деградации как компонентов живой природы и обеспечить разнообразие и устойчивое развитие растительности, животных, рыб, водоплавающих и околоводных птиц, элементов ландшафта.

В третьей главе приводится методика оценки экологически ненаруша-емого стока рек и допустимого безвозвратного изъятия поверхностных вод.

Под ненарушаемыми понимаются гидрографы стока, обеспечивающие сохранение сложившихся взаимосвязей между элементами водной экосистемы и экосистемы водосборного бассейна в целом. Достижение основной цели осуществляется при их оценке по условиям воспроизводства рыбных запасов и всех элементов водной экосистемы, жизни населения на водосборных бассейнах, продуктивности богарных и пойменных земель, санитарного состояния водных объектов. Интегрирование оптимальных показателей водного режима дает возможность комплектовать ненарушаемый (экологически приемлемый) гидрограф стока для расчетных условий.

Определение координат гидрографа стока, обеспечивающего экологическое равновесие в речных бассейнах, осуществляется на основе анализа и количественной оценки флуктуаций стока и реакции на них биоценоза в пределах бассейна.

Оценка оптимальных условий функционирования экосистемы бассейна осуществляется по аналитическим или графическим связям различных элементов системы с режимом стока на основе:

а) материалов учета:

- урожайности естественных сенокосов в поймах рек и прилегающих территориях;

- воспроизводства животных и птиц по данным орнитологических, охотохозяйственных, научных организаций и учреждений;

- воспроизводства рыбных запасов по проходным, полупроходным и туводным видам рыб;

б) при отсутствии сведений, поименованных в пункте « а»:

- по речным бассейнам-аналогам.

В качестве расчетного принимается критерий, соответствующий:

- наибольшему расходу и объему воды для оптимального функционирования (развития) соответствующего вида биоценоза;

- оптимальному водному режиму для получения максимального (наибольшего) эффекта;

- оптимальному развитию приоритетного вида биоценоза (например, создание оптимальных условий воспроизводства осетровых в Северном Каспии и др.).

Компановка экологически ненарушаемого гидрографа стока и допустимых изъятий воды выполняется по установленым параметрам стока с учетом их обеспеченности.

Параметры водного режима, необходимые для оптимального развития растительных сообществ на пойменных и примыкающих к ним землях определяются на основе графических связей между максимальными расходами весеннего половодья, глубиной, продолжительностью затопления, датами начала затопления и освобождения поймы от воды и урожайностью основных растительных сообществ.

Количество данных по урожайности растительных сообществ и водному режиму должно охватывать многоводные, средние и маловодные годы и быть достаточным для применения методов математической статистики и теории вероятности.

Сведения о водном режиме (расходах, уровнях воды) принимаются по ближайшему водомерному посту Росгидромета, либо другого ведомства (при наличии необходимой продолжительности наблюдений). В случае несовпадения створов по исходным данным по урожайности и водности, производится перенос данных по водности в расчетный створ.

Водный режим для оптимального воспроизводства животных и птиц оценивается на основе установления зависимостей численности каждого вида этих сообществ от сроков начала затопления поймы, глубины, продолжительности затопления.

Рыбохозяйственный гидрограф стока характеризует оптимальные условия:

а) миграции проходных и полупр'оходных рыб к нерестилищам и обратно;

б) жизни рыб в местах нагула (в приустьевых участках морей);

в) глубины и продолжительности затопления нерестилищ;

11 V

г) формирования численности и прироста навески;

д) воспроизводства кормовых организмов; ( е) перезимовки рыб.

/Реки являются естественными дренами окружающей территории. Поэтому важно оценить взаимосвязь водного режима рек и прилегающей территории. Наиболее существенное воздействие наполнения русла на режим грунтовых вод проявляется на пойменных землях, а также на склонах долин, значительно удаленных от русел рек при малых уклонах водосборов. Основное внимание уделяется тому, чтобы поддерживать уровни грунтовых вод на оптимальной глубине для основных сельскохозяйственных культур. Благодаря этой мере в различные фазы развития поддерживается наилучший для растений водный, воздушный, тепловой и питательный режимы в корнеобитаемом слое почвы.

Допустимое понижение уровня грунтовых вод не должно приводить к иссушению прилегающей территории, а повышение - к ее заболачиванию.

Для оценки влияния режима стока на условия водоснабжения из колодцев и неглубоких скважин выполняется построение связей уровней грунтовых вод и речного стока. В качестве дополнительных переменных следует учесть характер рельефа (перепад высот, уклоны водосборов, густота речной сети, почвогрунты).

В тех случаях, когда данные по уровням грунтовых вод отсутствуют, для оценки допустимого снижения базиса эрозии можно использовать теоретическую модель взаимосвязи поверхностных и подземных вод.

Существует много методов для оценки таких связей. Выбор метода и расчетных схем определяется как поставленной задачей, так и изученностью исследуемого объекта. В работе принята гидродинамическая модель взаимосвязи подземных и поверхностных вод (Бочевер Ф.М., Гармонов И.В. и др):

где: Н,- понижение или повышение уровня грунтовых вод в элементе потока за время ^ м;

Н°- изменение напора на урезе водоема, м; I - время, в течение которого происходит повышение или понижение уровня воды, сутки;

О)

х - расстояние от уреза воды реки до скважины или до интересуемой точки, м;

а - коэффициент уровнепроводности, м2/сутки, определяемый по формуле:

кт

а=у (2)

где: m - средняя мощность водоносного горизонта, м; к - коэффициент фильтрации, м/сутки;

и - недостаток насыщения (или коэффициент водоотдачи грунтов); L, - сопротивление ложа водоема за счет заиления; erfc (Я) - значение функции.

Понижение или повышение уровня подземных вод в зависимости от понижения или повышения уровня воды в реке, коэффициента уровнепроводности на определенные промежутки времени на различных расстояниях от уреза воды приведены в работе.

Объем и расход воды в меженный период оцениваются по незаиляющим скоростям потоков. Расчет незаиляющих скоростей выполняется с использованием материалов наблюдений за гранулометрическим составом взвешенных наносов и донных отложений, мутностью потока, отвечающей его транспортирующей способности, опубликованных в справочниках по водным ресурсам. Выбор исходных значений средних глубин осуществляется по совмещенным графикам изменения расхода, площади живого сечения и средней глубины от уровня заполнения водой русла реки. Площади поперечного сечения, глубины, уклоны водной поверхности принимаются по материалам полевых гидрометрических измерений на сети Росгидромета.

Среди многочисленных уравнений транспортирующей способности в настоящем исследовании для расчетов приняты известные формулы A.B. Караушева (1977) и А.Н.Гостунского (1949) с учетом предложенного А.В.Караушевым приема корректировки результатов по данным измерений расходов наносов. Используя значения средней мутности потока, отвечающей его транспортирующей способности, вычисляется величина незаиляющей скорости потока.

По кривым связи расходов воды и средних скоростей течения в меженный период определяется соответствующий рассчитанной скорости расход воды реки и далее оценивается его обеспеченность.

Санитарно-гигиеническое благополучие рек в естественных условиях обеспечивается, как известно, санитарной функцией половодий и павод-

ков и режимом потоков в меженные периоды. Половодья и паводки в течение длительного времени формируют облик современного ландшафта, являются естественными санитарами рек. Ликвидация их, как указывают С.Л.Вендров и П.Н.Дьяконов (1976), может привести к резкому ухудшению санитарного состояния участков рек ниже гидротехнических сооружений, поскольку прекратится естественная уборка хозяйственных и природных отходов, продуктов гниения растительных остатков.

Естественная санитарная уборка, то есть удаление с берегов и русла рек продуктов хозяйственной деятельности, возможна при мощности речного потока, обеспечивающей взвешивание и транспорт их вниз по течению.

Речной поток непрерывно совершает работу, величина которой равна : А = ухО х И х г (3)

где у- удельный вес воды;

0 - расход воды реки;

Н - падение реки на участке;

1 - время.

Работа речного потока в единицу времени, или .мощность ( N ), равна:

N = ухО х Н (4)

Заменяя падение реки на участке - уклоном, получаем уравнение:

N = ух О х / (5)

Учитывая, что расход воды { О ) равен произведению площади водного сечения { и/) на скорость ( V ), т.е.

О XV, (б)

то удельная мощность потока будет тем больше, чем больше скорость течения воды в реке.

Величина руслоформирующего расхода определена в зависимости от произведения удельной мощности потока на продолжительность воздействия её на речное русло. В качестве расчетной принимается его максимальное значение. Для рек с сильно деформирующимся руслом, а также имеющим петлеобразную связь между расходом и уклоном водной поверхности линии связи проводятся для различных состояний русла, подъема и спада.

Комплектование ненарушаемого гидрографа стока выполняется по установленным оптимальным параметрам в нескольких створах по всей длине реки и на притоках с последующей увязкой по речному бассейну. В качестве расчетного принимается расход воды, обеспечивающий оп-

тимальные условия развития всех элементов экосистемы водосборного бассейна.

Допустимое изъятие поверхностиых вод оценивается по кривым обеспеченности месячного стока по расходам, превышающим экологически ненарушаемые. Средние за многолетний период объемы оцениваются путем пересчета установленных в годы разной водной обеспеченности на среднемноголетние условия.

Четвертая глава посвящена оценке и комплектованию экологически ь енарушаемого гидрографа рек и определению допустимого безвозвратного изъятия стока.

Расчетный водный режим для оптимального развития растительных сообществ на пойменных и примыкающих к ним землях выполнен для р.Урал и р.Обь.

Данные по урожайности растительных сообществ получены для левобережной поймы р.Урал (40 км выше г. Оренбурга) и правобережной поймы (40 км выше г. Оренбурга), за период с 1984 по 1993 годы.

Как показывает характер зависимостей между водностью и урожайностью, последняя растет с увеличением водности до некоторой величины, а затем начинает падать. Характер этих зависимостей именно такой - малая водность и большая водность одинаково плохо воздействуют на урожай, а оптимальная находится в некотором диапазоне. Этот диапазон следует выделять и учитывать для установления необходимого водного режима. В качестве третьей переменной следует учитывать продолжительность затопления или другие переменные.

Для р. Урал установлено, что оптимальные условия для урожайности трав в пойме р. Урал в районе г. Оренбурга создаются в год близкий по обеспеченности к 50 %, при максимальных расходах весеннего половодья 1000- 1300 м3/с, обеспеченностью 50-40 %, максимальном уровне около 750 см, продолжительности затопления около 25 дней, глубиной затопления до 1,5 м.

Для р. Обь оптимальная продуктивность лугов для вейниковых и разнотравно-осоковых сообществ находится в пределах максимальных уровней от 560 до 620 см, обеспеченность их составляет соответственно от 50 до 15 %, общая продолжительность затопления при таких уровнях составляет от 50 до 80 дней, сенокосных лугов 17-27 дней, средняя глубина затопления поймы от 90 до 120 см.

Расчетный водный режим для оптимального воспроизводства животных, обитающих в пойме р.Обь, установлен по численности горностая.

В пределах долины Нижней Оби и прилегающих территорий широко распространен горностай. В долинах Оби и ее притоков горностай достигает высокой численности. Из всех куницеобразных, встречающихся в бассейне Оби, лишь горностай тесно связан с долиной Оби на всем её протяжении.

Нами проанализированы данные института экологии растений и животных по заготовкам шкурки горностая в зависимости от максимального уровня половодья и продолжительности залития поймы (сенокосов). Установленный оптимальный уровень для продуктивности пойменных лугов в диапазоне от 560 до 620 см весьма неблагоприятен для горностая, так как численность его в диапазоне этих уровней резко падает (примерно в 4 раза). Поэтому оптимальный уровень для горностая может быть принят 540-560 см (при этом уровне заготовки горностая приближаются к среднемноголетним).

Оценка водного режима для оптимального воспроизводства рыбных ресурсов выполнена для р. Урал и р. Обь.

Установлено, что среднегодовой сток в р. Урал, благоприятный для нереста, роста и развития рыб, близок по обеспеченности к 50%, максимальные расходы весеннего половодья также близки к 50% обеспеченности, продолжительность затопления пойменных нерестилищ должна быть 25-35 суток.

Для движения рыб к нерестилищам требуются и определенные скорости течения. Соответственно этим скоростям устанавливаются расходы в реке, необходимые для движения рыб к нерестилищам, для р. Урал в створе г.Оренбург эти расходы равны 65 и3/с для проходных рыб и 20 м3/с для полупроходных.

Условия зимней межени имеют значение для туводных рыб и других рыб озимой формы. Расходы воды в этот период должны быть такими, чтобы не наступили условия промерзания или заморы вследствие дефицита растворенного кислорода.

Повторяемость условий промерзания и дефицита растворенного кислорода должна быть не больше, чем в естественных условиях. Для р. Урал у г. Оренбург расходы должны быть не менее 8 м3/с в зимний период.

Благоприятные условия в Северном Каспии для пресноводных и со-лоноватоводных беспозвоночных и полупроходных рыб создаются при солености от 7 до 7,5 промиллей , что соответствует среднегодовому стоку р.Урал (г. Оренбург) 60-90 м3/с. Уменьшение стока ведет к увеличению солености Северного Каспия, а осолонение вод Каспия ведет к

уменьшению биомассы донных организмов, которые являются главной пищей полупроходных рыб. Наиболее тесная связь солености Северного Каспия данного года получена со средним годовым притоком за предшествующие четыре года. Среднегодовой расход воды ненаруша-емого гидрографа, обеспечивающий поддержание солености в Северном Каспии на уровне 7-7,5 промиллей, составил около 120 м3/с.

Для определения зависимости уловов рыбы, численности личинок различных видов рыб и их линейных размеров от водности проведен корреляционный анализ между этими величинами для р. Обь. Наиболее тесная связь получена между выловом различных видов рыбы и среднегодовым стоком за предшествующие улову 5 лет для щуки, 5 лет - для крупного частика, 5-6 лет - для пеляди. По-видимому, это связано с промысловым возрастом этих рыб. Низкая во многих случаях теснота связей между уловом и расходами воды определяется, главным образом, некорректностью данных по уловам.

Допустимое снижение базиса эрозии, не приводящего к иссушению прилегающих территорий, выполнено на примере рек бассейна р. Урал по гидродинамической модели в связи с отсутствием данных по уровням фунтовых вод. При выполнении расчетов для долины р. Урал, сложенной аллювиальными четвертичными отложениями, средняя мощность водоносного комплекса (т) принята 10,2 м, средняя водопроводность (кт) составляет 1203 м2/сут, водоотдача пород - 0,3. Отсюда коэффициент уровнепроводности (а) равен 4010 м2/сУТ-

Расчетное значение высоты активной зоны капилярного поднятия равное половине полной высоты Нк принято равным нулю, т.к. горные породы пойменных террас и русел рек Урала, Сакмары, Илека представлены песками с включением гравия и галечника и песчано-гравий-ногалечными отложениями.

Результаты расчета показали, что водопонижение в р. Урал на 2 м и более приведет к иссушению поймы и поставит урожайность в прямую зависимость, в основном, от атмосферных осадков. Будет происходить остепнение поймы.

Расчеты незаиляющих скоростей, выполненные по ряду створов на р.Урал показали, что такие условия создаются при средних месячных расходах 95% обеспеченности. Поэтому, расходы 95% обеспеченности рекомендуются как ненарушаемые в меженный период.

Для расчета руслоформирующих расходов в бассейне р. Урал выбраны несколько створов: р. Урал - пос. Березовский, р. Урал - с. Топо-

ли, р. Большой Кизил - д. Верхне-Абдряшево, р. Таналык - с. Мамбето-во, р. Большой Ик - с.Мраково. Однозначная связь между расходом и уклоном водной поверхности имеет место для рек: Большой Кизил, Большой Ик, Таналык. Для остальных створов такие связи построены для различных состояний русла - для весеннего периода и для летней межени. Для створа р. Урал - с. Тополи имеет место петлеобразный характер связи между расходами и уклонами водной поверхности за счет разницы в уклонах на подъеме и спаде паводочной волны. Анализ полученных результатов показывает, что объем экологических попусков для выбранных створов колеблется в пределах 0,20-0,42 от среднего многолетнего стока.

Комплектование ненарушаемого гидрографа и допустимого изъятия стока -выполнено на примере р. Урал. Укомплектованный гидрограф отражает комплексный учет взаимосвязей всех элементов системы в пределах водосборного бассейна и водного объекта. Анализ гидрографа на р. Урал показал, что наибольшие требования к объему стока предъявляют проходные и полупроходные рыбы. Гидрограф допустимого изъятия оценен по разности ординат кривых обеспеченности месячного стока и укомплектованного ненарушаемого гидрографа и пересчитан на среднемноголетние условия.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате выполненных исследований разработана методика оценки экологически ненарушаемого стока рек и безвозвратного изъятия, основанная на закономерностях взаимосвязи речных потоков с элементами экосистемы бассейна и внутриводоемных процессов.

2. Оптимальная урожайность на пойменных землях формируется в годы, близкие среднемноголетним (40-50%);

3. Воспроизводство рыбных ресурсов оптимально в годы, близкие по обеспеченности к 50%. Уловы не отражают истинное состояние рыбопродуктивности водоемов, поскольку зависят не только от наличия рыбы, но и многих хозяйственных работ.

4. Санитарный расход в весенний период равен по объему 0,2 - 0,4 от среднего многолетнего стока;

5. В реках, не имеющих большого рыбохозяйственного значения, в меженный период следует оставлять среднемесячные расходы воды 95% обеспеченности.

6. Ненарушаемый гидрограф стока укомплектован в период зимней межени (декабрь - март) расходами воды 58-73% обеспеченности. Весной-летом (апрель-август) обеспеченность расходов составила 20-35%, а осенью (сентябрь-ноябрь) - 75-82% обеспеченности. При этом следует отметить, что наибольшие требования к объему стока предъявляют проходные рыбы. Расходы воды, необходимые в этот период, перекрывают все остальные требования и принимаются в качестве приоритетных при комплектовании гидрографа. Объем ненарушаемого стока составил около 70% от объема среднемноголетнего стока.

Объем допустимого безвозвратного изъятия стока представлен также в виде гидрографа и составляет около 30% от среднего многолетнего стока.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

1.Шахов И.С., Черняк В.Я., Баженова Г.А. Методология и практические рекомендации по определению экологического расхода рек // Тезисы докладов Всероссийской научно- практической конференции «Управление водным хозяйством России».- Екатеринбург: Изд. РосНИ-ИВХа, 1993.-c.74.

2. Шахов И.С., Черняк В.Я.и др.// Управление водными ресурсами в бассейне реки/ Под научной редакцией А.М.Черняева; РосННИВХ.-Екатеринбург, 1993.- 120 с.

3. Шахов И.С., Черняк В.Я. Экологические критерии пределов водопользования в бассейне реки// Тезисы докладов научно-практической конференции «Бассейновый принцип в оптимизации водопользования и водоохранных мероприятий»,- Уфа: Изд. Башкирского ун-та, 1994.- с. 11.

4. Шахов И.С., Черняк В.Я., Баженова Г.А. Допустимое изъятие воды из рек и озер // Тезисы докладов Республиканской научной конференции «Актуальные экологические проблемы республики Татарстан».-Казань: 1995.- с.45.

5. Шахов И.С., Черняк В.Я. О допустимой нагрузке на природные водные объекты //Тезисы докладов научно-практического семинара на международной выставке «Уралэкология - 97».- Екатеринбург, 1997.- с.30-31.

6. Шахов И.С., Черняк В.Я. Экологически безопасное использование водных ресурсов //Тезисы докладов региональной научно-практичес-

кой конференции «Актуальные проблемы эколого- географического изучения Урала для целей оптимизации природопользования и регионализации образования».- Екатеринбург,1997.- с.71-72.

7. Шахов И.С., Черняк В.Я Оценка ненарушаемого гидрографа и допустимое изъятие стока рек. // Материалы Международного симпозиума «Чистая вода России-97.»- Екатеринбург, 1997.- с.94.