Publication text
(PDF):
Read
Download
Новотроицкое водохранилище введено в эксплуатацию в 1953 г. с целью подачи воды из р. Егорлык в ирригационный Право-Егорлыкский канал Кубань-Егорлыкской оросительно-обвод-нительной системы для орошения и обводнения засушливых районов Ставропольского края, Ростовской области и Калмыкии [1, 2]. Площадь зеркала Новотроицкого водохранилища при нормальном подпорном уровне (НПУ) составляет 1 800 га, полный объем - 132 млн м3, средняя глубина - 7,0 м, максимальная - 18,0 м. Проектом создания водохранилища предусматривалось полное его заиление через 35 лет эксплуатации [3]. Из естественных водотоков в Новотроицкое водохранилище, кроме р. Егорлык, впадают две малые степные реки - р. Русская, с истоками на Ставропольских высотах в окрестностях промзоны г. Ставрополя и г. Михайловска, и р. Балка Твердова, с истоком в поселке Равнинный. Сбрасывается вода из водохранилища в русло р. Егорлык и в Правоегорлыкский канал. В настоящее время водохранилище в результате интенсивного хозяйственного использования имеет комплексное назначение: орошение земель сельскохозяйственного назначения на площади 109,6 тыс. га, питьевое водоснабжение семи муниципальных районов Ставропольского края, теплогидроэнергетические мощности - 2,4 МВт (Ставропольская ГРЭС, Новотроицкая ГРЭС), рекреация (24 сезонных базы отдыха), рыбохозяйственное использование (промышленное рыболовство, любительское и спортивное рыболовство, рыбоводство) [4-8]. Однако несмотря на столь высокую значимость Новотроицкого водохранилища его экологическое состояние неблагополучно. В первую очередь это связано с интенсивным его заилением вследствие размыва берегов и русла р. Егорлык на участке протяженностью 22 км от Буферного водохранилища Егорлыкской ГЭС-1 до Новотроицкого водохранилища. Интенсивность заиливания Новотроицкого водохранилища составляет 0,5-0,6 млн м3/год, что обусловлено пропуском по р. Егорлык повышенных расходов воды (80 м3/с) вместо естественного расхода 2-3 м3/с, волновыми размывами берегов, ливнесмывами, отсутствием зоны отстоя перед заполнением водохранилища [8]. До начала работ по расчистке Новотроицкого водохранилища от иловых отложений была полностью заилена Егорлыкская ветвь водохранилища, образовались обширные застойные зоны, наблюдалась заболоченность отдельных участков. Ставропольская ГРЭС, вызывая термофикацию вод водохранилища, является источником его физического загрязнения. Поступающая по отводящему каналу подогретая вода имеет температуру значительно выше, чем в водоеме: весной на 6-7, летом - на 4-5, осенью - на 3-4 ºС. В водоеме наиболее прогретая зона находится в районе выхода канала, затем - мелководья и затонов. Менее подогретая вода - в районе ее поступления по Егорлыку. Глубоководная зона мало отличается по прогреваемости от поверхностных слоев, что связано не только с интенсивным перемешиванием, но и с поступлением подогретых вод, особенно вдоль берега со стороны ГРЭС. В связи с повышением температуры в водохранилище произошло значительное увеличение массы нитчатых водорослей и планктона, свидетельствующее о вторичном органическом загрязнении водоема. С увеличением температуры и образованием мелководий увеличилась мутность воды, снизилось содержание в воде растворенного кислорода, ухудшились и бактериологические показатели воды, что отрицательно влияет на качество питьевой воды. Для экологического оздоровления Новотроицкого водохранилища был разработан комплекс мероприятий по гидромеханической очистке дна водохранилища от иловых наносов с использованием свайно-якорного земснаряда «350-50л». Целью настоящей работы являлась комплексная оценка воздействия дноуглубительных работ методом гидромеханизации на состояние различных систематических групп водных биоресурсов Новотроицкого водохранилища, расчет вреда водным биоресурсам и среде их обитания, а также разработка различных видов компенсационных мероприятий по восстановлению потерь водных биоресурсов. Материал и методы Методологической базой при расчете вреда водным биоресурсам Новотроицкого водохранилища являлась «Методика исчисления размера вреда, причиненного водным биологическим ресурсам», утвержденная Федеральным агентством по рыболовству приказом № 1166 от 25.11.2011 г. [9]. Математическое моделирование распространения и седиментации дополнительной мутности проведено с помощью имитационной математической модели (программы для ЭВМ) ИМРВ «Поток» 1.0 (сертификат соответствия РОСС RU.04ЖИГ0.00081, свидетельство Федеральной службы по интеллектуальной собственности о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017613750) [10]. Для сбора и обработки гидрологических и гидробиологических проб, а также определения таксономической принадлежности и биомассы организмов фитопланктона, зоопланктона и зообентоса были использованы стандартные методики и общепризнанные определители [11-13]. При расчетах величин вреда водным биоресурсам Новотроицкого водохранилища были использованы следующие сезонные показатели биомассы гидробионтов, а также коэффициенты, характеризующие биопродукционные процессы (Азово-Черноморский бассейн, водохранилища) [9]: - зообентос: биомасса - 0,67 г/м2 (сезонная динамика выражена незначительно); годовой продукционно-биомассовый коэффициент (Р/В) - 6,0; кормовой коэффициент - 8,0; показатель использования кормовой базы рыбами - 50 %; - зоопланктон: биомасса в весенний период - 0,238 г/м3, в летний - 0,217 г/м3, в осенний - 0,019 г/м3; годовой Р/В коэффициент - 20,0; кормовой коэффициент - 15,0; показатель использования кормовой базы рыбами - 60 %; - фитопланктон: биомасса в весенний период - 0,46 г/м3, в летний - 0,20 г/м3, в осенний - 0,54 г/м3; годовой Р/В коэффициент - 200,0; кормовой коэффициент - 20,0; показатель использования кормовой базы рыбами - 50 %. Результаты и обсуждение Район проведения работ находится в месте впадения в водохранилище р. Егорлык (рис. 1). Рис. 1. Район проведения дноуглубительных работ в Новотроицком водохранилище Он характеризуется малыми глубинами ввиду постоянного вноса рекой взвешенных частиц и переходным режимом экосистемы от лотической (речной) к лентической (озерной). В этой части водохранилища четко прослеживается наличие течения, обусловленного попаданием в него речных вод. Его средняя скорость составляет 0,25 м/с. Уровенный режим Новотроицкого водохранилища относительно стабильный. Перепад от минимума до максимума в течение года не превышает 3,0 м. От НПУ 153,0 м повышение уровня достигает менее 1 м, а падение - 2 м. Донные отложения распределены следующим образом: нижняя и центральная части представлены илами, в бывшем русле р. Егорлык преобладает песок (часть которого заилена), в районе плотины - сброса в р. Егорлык - распространены глина с песком, а при выходе от ГРЭС с левой стороны отмечается наличие каменистой наброски. Общая продолжительность работ - 7 месяцев (март, июнь-ноябрь). Общий объем извлекаемого грунта - 122,6 тыс. м3. Учитывая, что средняя глубина разработки составляет 7,0 м, площади проведения работ составили по месяцам: в марте - 2 571 м2, в июне-сентябре - по 2 857 м2, в октябре - 2 086 м2, в ноябре - 1 429 м2. Объемы и периоды проведения расчистки Новотроицкого водохранилища представлены в табл. 1. Таблица 1 График и объемы фактического производства работ по расчистке Новотроицкого водохранилища 1 квартал 2 квартал 3 квартал 4 квартал Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь тыс. м3 0,0 0,0 18,0 0,0 0,0 20,0 20,0 20,0 20,0 14,6 10,0 0,0 Проведение дноуглубительных работ в Новотроицком водохранилище предусмотрено методом гидромеханизации с использованием одного свайно-якорного земснаряда «350-50л» со следующими техническими параметрами: производительность 350 м3/ч; глубина разработки 7 м; дальность транспортирования 2 000 м; диаметр напорного трубопровода 600 мм; диаметр фрезы (или ротора) 2 000 мм; диаметр всасывающего патрубка 500 мм; минимальная ширина разрабатываемого канала 35 м. Землесосный снаряд представляет собой плавучую землеройно-транспортную машину, выполняющую в непрерывном технологическом режиме разработку грунта в подводном забое и его перемещение к месту разгрузки. Особенностью землесосного снаряда является то, что от самого забоя до места укладки грунт транспортируется в виде смеси его с водой - пульпы. Работа земснаряда предусматривала разработку отстойника путем расчистки существующих наносов водохранилища в две очереди: 1-я очередь - на ширину 200 м, с использованием инвентарного плавучего пульпопровода; 2-я очередь - на полную ширину отстойника, с дополнительной установкой плавучего магистрального пульпопровода длиной 350 м. Грунт расчистки укладывался в грунтоотвал балки Безымянная, необходимая емкость создана путем строительства ограждающей дамбы в устье балки и на южном склоне с отметкой 185,0 м по гребню. Транспортировка пульпы на грунтоотвал происходила по пульпопроводу, проложенному вдоль берега до грунтовала, часть пульпопровода находилась на воде - на понтонах. Намыв грунта происходил из выпусков магистрального пульпопровода. Отвод осветленной воды производился через шахтные колодцы и сбросные трубы. Разработка грунта производилась папильонажным способом. При таком способе земснаряд, пройдя от одной кромки прорези до другой, снимает полосу грунта шириной 0,5-2,0 м по длине прорези и после этого подтягивается вперед по становому тросу. Затем снаряд движется поперек прорези в обратном направлении, и описанный процесс повторяется. Рабочий ход осуществляют папильонажными лебедками поочередно вправо и влево. С помощью папильонажных лебедок земснаряд поворачивается вокруг одной сваи, заколотой в грунт, для выработки грунта на нужную глубину и ширину прорези. Затем закладывается другая свая, первая поднимается; так происходит перемещение земснаряда. Как правило, возникновение дополнительной мутности при таком способе работ не происходит, однако выработка грунта приводит к формированию в водоеме неустойчивой вертикальной стенки, которая, обрушиваясь, создает зону повышенной мутности. Протяженность этой зоны зависит от ряда факторов, ведущими из которых являются производительность земснаряда, скорость течения и наличие мелких частиц в изымаемом грунте. Для моделирования распространения поля мутности использованы данные о среднем гранулометрическом составе грунта, который будет подвергаться размыву (эффективный диаметр частиц грунта 50 % обеспеченности равен 0,075 мм) (рис. 2). При расчете потерь водных биоресурсов вследствие дноуглубительных работ следует учитывать характер проводимых работ и особенности распространения шлейфов взвеси в рассматриваемой акватории с учетом наличия в водохранилище в зоне работ течения северо-восточного направления. Схема распространения образующихся шлейфов мутности приведена на рис. 3. Рис. 3. Схема размещения участков дноуглубительных работ и распространения шлейфов взвеси Они будут частично накладываться на участки дноуглубительных работ, проведенных в предыдущие месяцы, и на участки более раннего переотложения взвеси. В результате переотложение взвеси в каждый новый период работ будет происходить на зону с уже уничтоженным зообентосным сообществом. Таким образом, в результате работы земснаряда будет формироваться шлейф повышенной мутности, основные расчетные параметры которого приведены на рис. 4, 5 и в табл. 2. а б Рис. 4. Результаты моделирования распространения взвеси, формирующейся при работе земснаряда в Новотроицком водохранилище: а - март; б - июнь в г Рис. 4 (окончание). Результаты моделирования распространения взвеси, формирующейся при работе земснаряда в Новотроицком водохранилище: в - октябрь; г - ноябрь а б в г Рис. 5. Изменение концентрации взвеси в зависимости от расстояния при производстве работ способом гидромеханизации земснарядом «350-50л» на акватории Новотроицкого водохранилища: а - март; б - июнь; в - октябрь; г - ноябрь Таблица 2 Рассчитанные объемы шлейфов взвеси и площади переотложения зон мутности на дне Новотроицкого водохранилища по месяцам Месяц Объем шлейфов с повышенной концентрацией взвеси, тыс. м3 Площадь переотложения шлейфов взвеси, тыс. м2 более 100 мг/л 100-20 мг/л 20-0,25 мг/л более 10 мм 5-10 мм Март 279 949 67 823 207 696 36 830 28 620 Июнь 271 392 51 646 164 422 40 993 15 220 Июль 271 392 51 646 164 422 40 993 15 220 Август 271 392 51 646 164 422 40 993 15 220 Сентябрь 271 392 51 646 164 422 40 993 15 220 Октябрь 238 215 59 858 187 234 28 982 26 147 Ноябрь 210 353 67 694 207 388 - 42 315 В связи с тем, что исходные сведения по объемам разрабатываемого грунта, используемым машинам и механизмам, а также гидрофизическим и гидрологическим условиям проведения работ в августе и сентябре аналогичны таковым в июне, результаты математического моделирования будут аналогичны приведенным на рис. 4, б, и 5, б, и в табл. 2. В результате исследований установлено, что в ходе намечаемой хозяйственной деятельности, несмотря на предусмотренный комплекс технологических и природоохранных решений, наблюдается прямое (гибель рыб) и косвенное (гибель и снижение продуктивности кормовых организмов) негативное воздействие на водные биоресурсы Новотроицкого водохранилища. Так как работы проводятся в течение нескольких месяцев в разные сезоны года (с перерывами между ними), при оценке величины и характера наносимого водным биоресурсам вреда необходимо учитывать особенности их сезонного развития. Дноуглубительные работы проводились в течение семи месяцев (весной (март), летом (июнь-август) и осенью (сентябрь-ноябрь)), отличающихся составом водных биоресурсов, которым может наноситься вред, и показателями их развития (численностью, биомассой). В данном случае особого рассмотрения заслуживает проблема выживаемости ранней молоди рыб Новотроицкого водохранилища как одного из компонентов его биоресурсов. В зону негативного воздействия работ может попадать ранняя молодь рыб - пелагические и донные личинки и мальки массой до 7 г. Более крупные особи способны активно покидать зону работ. Нерест основной массы рыб в Новотроицком водохранилище происходит в апреле-мае. В марте (первый месяц проведения работ) ранняя молодь рыб, попадающая в зону работ, представлена только личинками щуки и речного окуня. В июне и июле под негативным воздействием дноуглубительных работ окажется молодь всех видов рыб, обитающих в водоеме. К августу мальки (сеголетки) достигнут размеров и стадии развития, позволяющих активно избегать зоны негативного воздействия. Следовательно, прямое негативное воздействие на водные биоресурсы водохранилища в ходе работ будет наблюдаться только в марте (личинки щуки и речного окуня) и июне-июле (все виды рыб). В остальные месяцы прямого воздействия наблюдаться не будет. Косвенное воздействие на водные биоресурсы Новотроицкого водохранилища через гибель и снижение продуктивности кормовых организмов в ходе осуществления хозяйственной деятельности (дноуглубление) будет наблюдаться во все месяцы работ - марте, июне-ноябре. Потери водных биоресурсов поверхностных водных объектов района хозяйственной деятельности (Новотроицкое водохранилище) в результате проведения дноуглубительных работ будут обусловлены следующими основными факторами: - гибелью зообентосных организмов в зоне полного уничтожения донного биоценоза; - гибелью и потерей продуктивности пелагических кормовых ресурсов (фитопланктон, зоопланктон) в зонах повышенной мутности; - гибелью пелагических кормовых ресурсов (фитопланктон, зоопланктон) в извлекаемой водогрунтовой смеси; - гибелью и потерей продуктивности донных кормовых организмов (зообентос) в зонах переосаждения шлейфов взвеси; - утратой нагульных площадей рыб; - гибелью ранней молоди рыб, перешедшей на экзогенное питание, в зонах повышенной мутности; - гибелью ранней молоди рыб, перешедшей на экзогенное питание, в извлекаемой водогрунтовой смеси. Так как дноуглубительные работы проводятся на значительном (от 200 м) удалении от берегов, на глубинах свыше 2 м и вне периода массового нереста рыб (апрель-май), уничтожения русловых и пойменных нерестилищ рыб не произойдет. Обобщенные данные о потерях водных биоресурсов Новотроицкого водохранилища и величине вреда, принимаемые для определения натуральных показателей компенсационных мероприятий, приведены в табл. 3. Таблица 3 Потери водных биоресурсов Новотроицкого водохранилища от каждого вида негативного воздействия в зоне дноуглубительных работ Характер негативного воздействия Потери в натуральном выражении, кг Величина вреда, принимаемая для определения натуральных показателей компенсационных мероприятий, кг косвенные (кормовые организмы) прямые (ихтиофауна) Образование зоны повышенной мутности 4 719,10 497,39 4 719,10 Уничтожение нагульных площадей в русловой зоне 43,19 87,30 87,30 Уничтожение пелагического биоценоза 714,75 41,62 714,75 Итого - - 5 521,15 Таким образом, общие потери водных биоресурсов Новотроицкого водохранилища от дноуглубительных работ, по результатам проведенных исследований и расчетов, составят в натуральном выражении 5 521,15 кг. На основании проведенной оценки объемов негативного воздействия на водные биоресурсы Новотроицкого водохранилища в натуральном выражении как показателя снижения рыбопродуктивности водного объекта рыбохозяйственного значения, установленных коэффициентов промыслового возврата и средней массы производителей нами были определены направления и натуральные показатели компенсационных мероприятий в виде выпуска в водные объекты рыбохозяйственного значения рыбоводной продукции (молоди рыб) определенного видового состава и количества. Принимая во внимание принцип преимущественного восстановления водных биоресурсов, которым причиняется вред (в данном случае - частиковые рыбы), с учетом возможности их воспроизводства в регионе, для компенсации вреда, наносимого водным биоресурсам Новотроицкого водохранилища, предлагается провести разовый выпуск в естественные водные объекты Ставропольского края молоди одного из четырех предлагаемых видов рыб: сеголеток белого толстолобика (Hypophthalmichthys molitrix) средней навеской 25 г в количестве 49 077 экз.; сеголеток пестрого толстолобика (Aristichthys nobilis) средней навеской 25 г в количестве 40 154 экз.; сеголеток белого амура (Ctenopharyngodon idella) средней навеской 25 г в количестве 33 976 экз.; сеголеток сазана (Cyprinus carpio) средней навеской 10 г в количестве 123 720 экз. Разработанные нами компенсационные мероприятия позволят не только обеспечить пополнение промыслового запаса водных биоресурсов в объеме прогнозируемого от дноуглубительных работ вреда, но и стабилизировать экологическую деградацию Новотроицкого водохранилища Ставропольского края за счет вселения рыб-биологических мелиораторов, потребляющих излишки высшей водной растительности и фитопланктона. Заключение Интенсивное заиление Новотроицкого водохранилища вследствие размыва берегов и русла р. Егорлык стало причиной его неблагополучного экологического состояния, требующего проведения комплекса мероприятий по гидромеханической очистке дна водохранилища от иловых наносов. Проведены комплексная оценка воздействия дноуглубительных работ методом гидромеханизации на состояние различных систематических групп водных биоресурсов Новотроицкого водохранилища, расчет вреда водным биоресурсам и среде их обитания, а также разработка различных видов компенсационных мероприятий по восстановлению потерь водных биоресурсов. Установлено, что прямое негативное воздействие на водные биоресурсы водохранилища в ходе работ будет наблюдаться только в марте (личинки щуки и речного окуня) и июне-июле (все виды рыб). В остальные месяцы прямого воздействия наблюдаться не будет. Косвенное воздействие на водные биоресурсы Новотроицкого водохранилища через гибель и снижение продуктивности кормовых организмов в ходе осуществления хозяйственной деятельности (дноуглубление) будет наблюдаться во все месяцы работ. Общие потери водных биоресурсов Новотроицкого водохранилища от дноуглубительных работ, по результатам проведенных исследований и расчетов, составят в натуральном выражении 5 521,15 кг. Определены направления и натуральные показатели компенсационных мероприятий в виде выпуска в водные объекты рыбохозяйственного значения рыбоводной продукции (молоди рыб) определенного видового состава и количества. Предлагаемые компенсационные мероприятия не только обеспечат пополнение промыслового запаса водных биоресурсов в объеме прогнозируемого от дноуглубительных работ вреда, но и стабилизируют экологическую деградацию Новотроицкого водохранилища за счет вселения рыб-биологических мелиораторов, потребляющих излишки высшей водной растительности и фитопланктона.