Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 9
ГЛАВА I. АНТРОПОГЕННАЯ ДЕГРАДАЦИЯ ВОДНЫХ
ОБЪЕКТОВ, ЕЕ ПРИЧИНЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ... 15
1.1. Антропогенная деградация.водных объектов: терминология
и современное состояние изученности проблемы 15
1.2. Основные причины экологической деградации водных
объектов 19
Загрязнение 19
Засорение 24
Эвтрофирование 30
Развитие в водных объектах патогенных организмов.. 32
Изменение характера водосборного бассейна 33
1.3. Процесс антропогенной деградации и развитие чрезвычайной
экологической ситуации в водных объектах 38
Методологические и правовые аспекты проблемы 38
Взаимообусловленность экологических, биологических и техногенных чрезвычайных ситуаций. Общие закономерности развития чрезвычайной ситуации... 41
ГЛАВА П. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 47
Общая характеристика фактических материалов 47
Методы определения гидролого-гидрохимических параметров 50
Методы гидробиологических исследований 53
Интегральная оценка качества водной среды методом биотестирования с лабораторной культурой дафний 62
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АНТРОПОГЕННОЙ ДЕГРАДАЦИИ ПРИБРЕЖНОЙ АКВАТОРИИ КУРОРТНОЙ ЗОНЫ
г.АНАПА 65
3.1. Экологическая ситуация, обусловившая необходимость
з
проведения исследований 65
Описание района исследований и точек отбора проб (станций) 67
Сезонная динамика и характер пространственного распределения гидролого-гидрохимических
и гидробиологических показателей 71
Температура и соленость 71
Гидрохимический режим 73
Санитарно-микробиологические показатели 78
Фитопланктон 81
Зоопланктон 83
Бентос и перифитон 84
3.4. Основные источники загрязнения прибрежных вод
в курортной зоне 87
Зонирование прибрежной акватории 90
Фазы антропогенной деградации прибрежных участков
моря в курортной зоне г.Анапа 93
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОЛЕТНЕЙ ДИНАМИКИ
ПРОЦЕССА ЭВТРОФИРОВАНИЯ ВОДОЕМА-ОХЛАДИТЕЛЯ
КУРСКОЙ АЭС 103
Экологическая ситуация, обусловившая необходимость проведения исследований 103
Описание водоема-охладителя КАЭС 106
Методика исследования экологического состояния водоемов-охладителей и принципы выделения точек отбора
проб 108
4.4. Динамика гидрохимических показателей, характеризующих
процесс эвтрофирования 112
Биогены 112
Растворенное органическое вещество 123
4.5. Изменения структуры и пространственного распределения
водных фитоценозов, обусловленные процессами
эвтрофирования водоема-охладителя 129
Формации макрофитов (высшей водной растительности) 134
Мезофитон 148
Многолетняя динамика средней фитомассы
водной макрорастительности 153
4.6. Продукционные процессы и деструкция органического
вещества в водоеме-охладителе КАЭС 159
Продукция фитопланктона 160
Продукция макрофитов (высшей водной растительности) 163
Продукция мезофитона (зеленых нитчатых водорослей) 165
4.7. Исследование процесса вторичного загрязнения 168
Общая характеристика процесса вторичного загрязнения Курчатовского водохранилища 168
Состав скоплений отмершей водной растительности
и их генезис 171
4.7.3. Факторы, определяющие токсичность прибрежных
вод в зонах вторичного загрязнения 178
4.8. Основные этапы развития процесса антропогенной
деградации Курчатовского водохранилища 183
ГЛАВА V. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АНТРОПОГЕННОЙ
ДЕГРАДАЦИИ МАЛЫХ ГОРОДСКИХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 186
Экологическая ситуация, обусловившая необходимость проведения исследований 186
Критерии оценки состояния городских водных объектов
и фазы их антропогенной деградации 189
5.3. Река Жужа (экологический коллапс) 194
Общая характеристика 194
Гидрохимический режим и качество водной среды 198
Прогноз развития экологической ситуации 202
5.4. Техногенный водоем в 14-микрорайоне г.Зеленограда
(экологический коллапс) 206
Общая характеристика 206
Гидрохимический режим и качество водной среды 208
Оценка экологической ситуации 210
5.5. Водотоки, образовавшиеся на сбросах ливневой
канализации Г.Курчатова (экологический коллапс) 211
5.5.1 Общая характеристика 211
Гидрохимический режим и качество водной среды 214
Оценка экологической ситуации 217
5.6. Пруд на Феодосийской улице (катастрофическая фаза) 218
Общая характеристика 218
Гидрохимический режим и качество водной среды 222
Прогноз развития экологической ситуации и рекомендации по ее улучшению 225
5.7. Река Лихоборка (кризисная фаза) 227
Общая характеристика 227
Гидрохимический режим и качество водной среды 230
Прогноз развития экологической ситуации на исследованных участках реки. Оценка эффективности мероприятий по отсыпке берегов 233
5.8. Река Лопца (кризисная фаза) 234
Общая характеристика 234
Гидрохимический режим и качество водной среды 238
Оценка современного экологического состояния и прогноз развития ситуации при дальнейшей урбанизации
6
водосборного бассейна 241
5.9. Река Сетунь (антропогенно-напряженная фаза) 242
Общая характеристика 242
Гидрохимический режим и качество водной среды 247
Прогноз развития ситуации и рекомендации
по инженерно-экологическому обустройству 248
5.10. Новодевичьи пруды (антропогенно-напряженная -
кризисная фаза) 250
Общая характеристика 250
Гидрохимический режим и качество водной среды... 253
Прогноз развития ситуации и рекомендации
по инженерно-экологическому обустройству 254
5.11. Пруд в усадьбе Трубецких в Хамовниках
(кризисная фаза) 257
Общая характеристика 257
Гидрохимический режим и качество водной среды... 260
Прогноз развития ситуации и рекомендации
по инженерно-экологическому обустройству 261
5.12. Эволюция малых городских водных объектов и мероприятия
по предотвращению их антропогенной деградации 264
ГЛАВА VI. ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ
РАСТЕНИЙ ПРИ ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ СРЕДЫ 276
Диагностика физиологического состояния фотосинтезирующих водных растений 276
Определение физиологического состояния зеленых водорослей по изменению рН культуральной среды 279
Отработка методики определения фотосинтеза
зеленых растений по изменению рН культуральной среды 287
6.3.1. Влияние начального значения рН среды на
«световую реакцию» водорослей 288
6.3.2 Влияние времени экспозиции на величину «световой
реакции» клеток 290
Влияние плотности культуры на фотоиндуцированное изменение рН среды 291
Ход определения фотосинтетической активности водорослей 293
Фотосинтез водорослей и возраст культуры 294
Сравнительное определение фотосинтетической активности водорослей разными методами 295
Исследование сезонных изменений физиологической активности протококковых водорослей при воздействии тяжелых металлов 300
Движение цитоплазмы как показатель физиологического состояния клеток водных растений 303
Изучение процессов поглощения и выведения
металлов зелеными водорослями 310
6.6.1. Влияние физиологического состояния
микроводорослей на поглощение ими металлов 310
6.6.2 Выведение металлов из клеток Sc. quadricauda при
пересеве культуры на чистую среду 317
6.6.3. Исследование динамики поглощения Zn водорослями Chi. pyrenoidosa по изменению содержания металла
в культуральной среде 318
ГЛАВА VII. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ АНТРОПОГЕННОЙ
ДЕГРАДАЦИИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 323
7.1. Концептуальные проблемы исследования процесса
антропогенной деградации водных объектов 323
7.1.1. Обоснование необходимости антропоцентристского
подхода к исследованию процессов деградации водных
объектов 327
7.1.2. Преобразование деградирующих водных объектов
в природно-техногенные системы. Конвергенция водных
объектов естественного и искусственного происхождения
в процессе их антропогенной деградации 332
7.1.3. Основные этапы антропогенной деградации
водных объектов 334
7.2. Оценка состояния водных объектов и определение степени необходимости разработки проектов их инженерно-
-экологического обустройства 341
ВЫВОДЫ 346
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 349
Введение к работе
Актуальность проблемы. «Воды являются важнейшим компонентом окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и деятельности народов, проживающих на ее территории, обеспечивают экономическое, социальное, экологическое благополучие населения, существование животного и растительного мира» (Водный кодекс РФ; 2006). По существу, все антропогенные воздействия - затрагивают ли они литосферу, атмосферу, почву (педосферу) или урбанизированную среду - выходят на гидросферу через атмосферные осадки, почвенный сток, миграцию подземных вод и другие процессы, связанные с круговоротом воды (Виноградов, 1987; Сиренко, 1988; Израэль, Цыбань, 1989; Реймерс, 1994; Брагинский, 1998; Абакумов, Семин, 2001; Hall, 1984; Pitt, 2000). В зависимости от масштабов производственной деятельности, уровня технологической и экологической культуры разных стран и многих других факторов различные акватории нашей планеты характеризуются разным уровнем деградации водной среды и ее живой составляющей, обусловленной антропогенными воздействиями. Значительная часть пресноводных экосистем и участки многих морских акваторий под влиянием этих воздействий функционируют в режиме высоких нагрузок химических, радиоактивных и иных поллютантов, теплового перегрева, избыточного насыщения биогенными веществами и т.п. В условиях Российской Федерации такие ситуации являются обыденными, поэтому их можно рассматривать как прогностические (предупреждающие) модели тех экстремальных условий, которые могут сложиться в водных экосистемах любых регионов, где производительные силы развиваются без учета возможных экологических последствий их наращивания (Яншин, Мелуа, 1991).
Постоянно возрастающий уровень антропогенного воздействия на окружающую среду повсеместно приводит к ее деградации, под которой понимается ухудшение качества среды обитания человека, заключающееся в совокупном ухудшении природных и социальных условий (Реймерс, 1994; Данилов-Данильян и др., 2002). Водные объекты играли важнейшую и многоплановую роль в развитии человеческой цивилизации. Их состояние являлось не только одним из основных средообразующих факторов, но и имело весьма большую социально-экономическую значимость. Последние десятилетия характеризуются резким усилением антропогенной нагрузки на водоемы и водотоки. Происходит прогрессирующее ухудшение качества водной среды, что составляет угрозу экологической, продовольственной и национальной безопасности страны. Широкий размах деградационных процессов, происходящих в гидросфере, приводит к различным по своей природе событиям и явлениям.
Проявления процесса деградации водных объектов, который можно определить как утрату ими используемых человеком свойств и ресурсов, по своей природе весьма различны. К ним относятся такие события, как разрушение структурно-функциональной организации водных экосистем, снижение водохозяйственного, рыбохозяйственного и рекреационного потенциалов водных объектов, снижение видеоэкологических свойств, 'поеделяющих социальную привлекательность территории проживания людей.
Весьма разнородны и причины, обусловливающие антропогенную деградацию водных объектов, к которым можно отнести загрязнение, засорение и эвтрофирование водной среды, изменение гидрологического режима водных систем, строительство и эксплуатацию различных гидротехнических сооружений, нерациональное использование водных ресурсов.
Таким образом, антропогенная деградация водных объектов - это сложный процесс, обусловленный комплексом факторов, связанных с различными видами человеческой деятельности, сопровождающийся изменением не только экологического состояния водоемов и водотоков, но и их ресурсно-эксплутационных параметров. Антропогенной деградации подвержены не только природные озера и реки, но и искусственно созданные водоемы, например, различные водохранилища. Эксплуатация этих водных объектов также возможна только при условии сохранения ими приемлемого экологического состоянии.
На современном этапе количество водных объектов, находящихся в неудовлетворительном состоянии, неуклонно увеличивается, возрастает и степень их деградации. В соответствии с этим растет и потребность в осуществлении мер, способных воспрепятствовать дальнейшему развитию негативных явлений.
Как показывает анализ имеющихся к настоящему времени материалов, экологическая реабилитация водных объектов (то есть целенаправленные мероприятия по их восстановлению) может быть эффективной только в том случае, если она строится на базе детального исследования процессов, вызывающих их деградацию.
Проблема негативного воздействия человеческой деятельности на гидросферу интенсивно изучается уже более 100 лет. Вместе с тем, несмотря на большое число работ, посвященных глубокому исследованию отдельных аспектов антропогенной деградации водных объектов (главным образом, связанных с различными формами их загрязнения), закономерности, характеризующие развитие этого процесса в целом, изучены недостаточно. В то же время их познание является необходимым условием разработки научно-обоснованной методологии борьбы с этими негативными явлениями. Не существует даже общепринятого определения понятия «деградация водного объекта». В связи с этим, исследование данной проблемы в настоящее время является достаточно актуальным.
12 Цель и задачи работы. Основной целью работы является исследование общих закономерностей развития процесса антропогенной деградации водных объектов и научное обоснование путей их экологической реабилитации. В соответствии с намеченной целью были поставлены следующие задачи:
определить основные факторы, вызывающие деградацию водных объектов;
исследовать процессы антропогенной деградации в различных типах водных объектов;
на основе сравнительного анализа полученных материалов выявить общие закономерности развития процессов антропогенной деградации, свойственные всем типам водных объектов;
- обосновать целесообразность мероприятий по экологической
реабилитации водных объектов на каждой из фаз их антропогенной
деградации;
- определить комплекс критериев, позволяющих судить о развитии в
водных объектах процесса антропогенной деградации;
- разработать научно-обоснованную методологию исследования
деградации водных объектов;
- на основании обобщения полученных результатов создать научную
концепцию антропогенной деградации водных объектов.
Основные защищаемые положения. Предметом защиты являются следующие положения:
Процесс антропогенной деградации водных объектов, вне зависимости от их вида, генезиса, масштабов и местоположения, носит общий и закономерный характер, представляя собой ряд последовательных фаз. Разработка методов улучшения экологического состояния водных объектов должна основываться на учете фазы их антропогенной деградации.
Природоохранные меры могут привести к устойчивому улучшению состояния водных объектов только на ранних стадиях их антропогенной деградации. На финальных стадиях деградации реальное
13 улучшение их состояния возможно только в результате проведения специальных инженерно-технических мероприятий.
3. Антропогенная деградация обусловливает постепенное
увеличение сходства (конвергенцию) между водными объектами
естественного и искусственного происхождения.
4. Область воздействия техногенных факторов постепенно
охватывает всю гидросферу, в связи с чем уже в ближайшем будущем
большинство водных объектов можно будет рассматривать как природно-
техногенные системы, различающиеся лишь степенью воздействия
техногенных факторов в данный период времени и уровнем их инженерно-
экологического обустройства.
Теоретическая значимость и научная новизна работы.
Впервые проведено целенаправленное изучение общих
закономерностей процесса антропогенной деградации водных объектов.
На основании анализа и обобщения результатов, полученных в ходе исследований различных водных объектов, выявлены и описаны основные фазы процесса антропогенной деградации. Предложены мероприятия по предотвращению развития процесса антропогенной деградации на каждой из обозначенных фаз.
Для обозначения наблюдающихся явлений разработан новый понятийный аппарат, включающий научно-обоснованное определение термина «антропогенная деградация водного объекта».
Разработаны концептуальные основы методологии исследования процесса антропогенной деградации. Впервые применены новые экспресс-методы определения функционального состояния водорослей и погруженных макрофитов по фотоиндуцированному изменению рН среды и скорости движения цитоплазмы.
Описано явление конвергенции природных и искусственных водоемов в ходе их антропогенной деградации.
На основе комплексного изучения различных водоемов и водотоков, расположенных на урбанизированных территориях, разработана общая схема исторического развития малых городских водных объектов.
Разработана система балльной оценки состояния водного объекта по совокупности различных показателей (экологических, инженерно-технических, социальных и др.).
Практическое значение. Результаты работы могут быть использованы в следующих областях практической деятельности:
для разработки природоохранных нормативов;
для оценки экологического состояния водных объектов различного типа и разработки мер, направленных на предотвращение их деградации;
при планировании мероприятий по обеспечению безопасности работы систем технического водоснабжения АЭС и других крупных производственных ооъектов:
при проектировании гидротехнических сооружений и водохозяйственных систем;
при разработке экологической проектной документации градостроительных объектов.
Результаты работы использовались при разработке проектов инженерно-экологического обустройства ряда водных объектов г.Москвы: «Капитальный ремонт Нижнего Мещерского пруда (Очаково)»; «Строительство водяной мельницы на территории государственного музея-заповедника «Коломенское»; «Восстановление и экологическая реабилитация пруда по ул. Феодосийская, д.Па (микрорайон Северное Бутово)».
Материалы диссертации включены в программу учебных курсов экологического факультета Российского университета дружбы народов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 388 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов и списка литературы. Диссертация включает 63 таблицы, 41 рисунок и 30 фотографий. Список литературы содержит 390 наименований работ, из них 284 - отечественных и 106 - на иностранных языках.
