Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретические и методические основы изучения геоэкологических условий водопользования 10
1.1. Водопользование: понятие, типы и базовые концепции использования водных ресурсов 10
1.2. Бассейновый подход в целях обеспечения устойчивого водопользования 20
1.3 Геоэкологический подход к изучению проблем управления водопользованием 27
Глава 2 Природные условия формирования водных ресурсов и пространственные закономерности организации водопользования в речных бассейнах Республики Бурятия
2.1 Природные условия формирования водных ресурсов 35
2.2 Социально-экономические факторы организации водопользования в речных бассейнах Республики Бурятия 39
2.3 Пространственные закономерности использования водных ресурсов в речных бассейнах Республики Бурятия 46
2.4 Природно-хозяйственное районирование Республики Бурятия как основа водохозяйственной деятельности в регионе 50
Глава 3 Оценка антропогенной нагрузки на водные объекты и речные бассейны республики бурятия 80
3.1. Методические подходы к определению антропогенной нагрузки на водные объекты и речные бассейны 80
3.2 Оценка интенсивности совокупной антропогенной нагрузки на речные бассейны Республики Бурятия по параметрам площадного воздействия 86
3.3 Оценка антропогенной нагрузки на водные объекты Республики Бурятия от точечных источников загрязнения с анализом качества поверхностных вод 103
3.4 Идентификация проблемных водных объектов и ранжирование территории Республики Бурятия по интенсивности совокупной антропогенной нагрузки 129
Глава 4 Оптимизация использования водных ресурсов 149
4.1 Геоинформационное обеспечение исследования водопользования 149
4.2 Зонирование территории Республики Бурятия по оптимизации целевого использования водных ресурсов 158
4.3 Разработка системы мероприятий по оптимизации целевого водопользования в речных бассейнах Республики Бурятия 165
4.4 Алгоритм оптимизации использования водных ресурсов в речных бассейнах Республики Бурятия 174
Заключение 182
Список источников литературы
- Бассейновый подход в целях обеспечения устойчивого водопользования
- Социально-экономические факторы организации водопользования в речных бассейнах Республики Бурятия
- Оценка интенсивности совокупной антропогенной нагрузки на речные бассейны Республики Бурятия по параметрам площадного воздействия
- Разработка системы мероприятий по оптимизации целевого водопользования в речных бассейнах Республики Бурятия
Бассейновый подход в целях обеспечения устойчивого водопользования
Понятие «водопользование» возникло в России в 1970-х гг. ХХ века - после введения Ю.Н. Куражсковским термина «природопользование» подобным образом стали именовать использование различных видов природных ресурсов: лесопользование, землепользование и др.
Термин «водопользование» получил широкое распространение в науке и практике, однако его содержание и структура трактуются неоднозначно. Рассмотрим дефиниции понятия водопользования, содержащиеся в различных источниках.
Один из первых государственных стандартов в сфере водных отношений ГОСТ 19185-73 «Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения» [2] ограничивает водопользование «использованием водных ресурсов без изъятия воды из водоисточника», отделяя его от «водопотребления – использования водных ресурсов с безвозвратным изъятием воды из водоисточника» и «водоснабжения – подачи воды водопотребителям». Таким образом, стандарт причисляет к водопользователям, например, сферу водного транспорта и лесосплава, к водопотребителям – промышленность и сельское хозяйство. Поскольку в практической деятельности данное разграничение в значительной степени условно и неосуществимо, то чаще применялось толкование водопользования в более широком смысле. Так, ГОСТом 17.1.1.01-77 «Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения» [3] водопользование интерпретируется как «использование водных объектов для удовлетворения любых нужд населения и народного хозяйства». При этом в зависимости от способа использования водопользование дифференцируется на общее – без применения сооружений или технических устройств, влияющих на состояние вод и специальное – с применением вышеуказанных устройств.
Справочник терминов и определений в водном хозяйстве [4] содержит в себе аналогичное толкование водопользования и его видов, но выделяет при этом еще и рекреационное водопользование – использование водного объекта или его участка для купания, отдыха и занятия спортом. Таким образом, потребление воды из систем водоснабжения определяется как водопотребление, а любой сброс вод – как водоотведение.
В специальной литературе водопользование понимается, к примеру, как «пользование природными запасами воды, находящимися в реках, озерах, морях, водохранилищах и других поверхностных и подземных водных объектах в пределах государственных границ [5], «юридически обусловленная деятельность граждан и юридических лиц, связанная с использованием водных объектов» [6].
Наиболее полно рассматриваемое понятие и его содержание раскрывается Водным кодексом Российской Федерации (РФ) [7]. В данном Федеральном законе водопользование - использование различными способами водных объектов для удовлетворения потребностей РФ, субъектов РФ, муниципальных образований, физических лиц, юридических лиц – рассматривается как важнейшая составная часть водного права. Законом регламентируются цели и виды водопользования, права и обязанности собственников водных объектов и водопользователей, случаи приостановления и ограничения водопользования, основные требования к условиям целевого использования водных объектов.
В российских и зарубежных источниках научной информации понятие водопользование также имеет широкое толкование: как «порядок, условия и формы использования водных ресурсов» [8], «совокупность всех форм и видов использования водных ресурсов, прямо и косвенно влияющих на формирование водного фонда» [9]; «использование водных ресурсов в определенных целях, например, культурно-бытовое – для купания, занятий спортом и отдыха; хозяйственно-питьевое – в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности» [10]; «один из основных институтов водного права, регулирующий различные формы пользования водными ресурсами» [11]; «эксплуатация водных ресурсов без изъятия воды из водных объектов» [12]. Григорьев Е.Г. относит водопользование к особой области хозяйственной деятельности, включающей всю совокупность водных объектов, сооружений и установок, форм и способов использования водных ресурсов для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества при одновременном осуществлении мер по охране вод. Водопользование, по мнению этого автора, это - большая система, состоящая из трех подсистем. Первая (природная) представляет собой совокупность водных объектов. Вторая (производственная) включает в себя использование водных ресурсов для удовлетворения непосредственных потребностей водопользователей. Третья (производственная) обеспечивает воспроизводство водных ресурсов путем создания условий (за счет изучения водных объектов, регулирования речного стока, территориального перераспределения водных ресурсов, охрану объектов) для осуществления деятельности второй системы с конечным результатом в виде подготовленных водных ресурсов для удовлетворения разнообразных потребностей общества [13].
Использование водных ресурсов в соответствии с ГОСТ 17.1.1.03-86 «Охрана природы. Гидросфера. Классификация водопользований» [14]; зависит от хозяйственного значения водопользований и взаимосвязей с объектами водного фонда (Рисунок 1).
Социально-экономические факторы организации водопользования в речных бассейнах Республики Бурятия
Республика расположена в зоне умеренных широт с высоким уровнем солнечной радиации (более 1200 Квт . ч/м2/год), что в совокупности с малой облачностью и большой прозрачностью атмосферы, недостаточной увлажненностью почв способствует пересыханию отдельных рек в маловодные годы, особенно в степной зоне. Анализ и обобщение литературных данных показывает, что природные условия РБ неоднородны и характеризуются резкими изменениями основных элементов. Формирование водных ресурсов находится под влиянием сложного рельефа с большими амплитудами абсолютных высот, достигающими 3000 м и более; контрастности ландшафтов, обусловленной климатическими факторами; высокого коэффициента солнечной радиации, влияющего на процессы водообмена; водной толщи оз. Байкал, смягчающей климат на прибрежных территориях; широкого распространения многолетнемерзлых пород, препятствующего накоплению подземных вод [60, 61].
Водный фонд республики (Рисунок 3) включает в общей сложности более 30 тыс. рек (в том числе семь рек длиной более 101 км), около 35 тыс. озер (в том числе 12 озер с площадью водного зеркала более 20 км2 и оз. Байкал с площадью зеркала 31,5 тыс. км2), 45 искусственных водных объекта (прудов и водохранилищ) на малых реках в бассейнах рр. Хилок, Чикой, Уда, Джида, Селенга с проектным суммарным полезным объемом 44,9 млн. м3 и общей площадью водного зеркала при нормальном подпорном уровне (НПУ) 19,3 км2, а также заболоченные местности в дельтах рр. Верхняя Ангара и Селенга, на поверхности Верхнеангарской, Баргузинской, Гусиноозерской, Удинской, Ципиканской, Муйской межгорных впадин и подземные воды (83 месторождения с утвержденными суммарными запасами 1,37 млн м3/сут по состоянию на 01.01.2013 г.) [62-64]. Рисунок 3 – Структура водного фонда Республики Бурятия
Гидрографическая сеть республики представлена свыше 30 тыс. рек и ручьев общей протяженностью около 152 тыс. км. Из этого числа к категории больших и средних согласно ГОСТ 19179-73 «Гидрология суши. Термины и определения» [65], ГОСТ 17.1.1.02-77 «Охрана природы. Гидросфера. Классификация водных объектов» [66] относится лишь 65 рек, более 99% водотоков составляют малые реки длиной менее 100 км.
Наряду с реками, гидрографическая сеть включает в себя около 35 тыс. озер с общей площадью зеркала 2657 км2 [67-69]. В основном, это небольшие водоемы с площадью зеркала менее 1 км2, лишь 16 озер имеют площадь зеркала более 10 км2. В пределах рассматриваемой территории озерность уменьшается в меридиональном направлении с севера на юг.
Наибольшая озерность 8-12,5% характерна для северных бассейнов рр. Баргузин, Верхняя Ангара (Верхнеангарские и Кичерские озера), Витим (Ципо-Ципиканская система озер), Селенга (Гусино-Убукунская группа озер), района водораздела бассейнов рр. Селенги и Витим (Еравно-Харгинский озерный район) и Северо-Западного Прибайкалья (Грамнинские озера). Наименьшая озерность (менее 0,1%) присуща горно-таежным и степным ландшафтам южных Хамар-Дабанской и Селенгинской котловинных провинций. В бассейне р. Чикой озера практически отсутствуют. К числу крупных пресноводных озер и озерных групп относятся Гусиное озеро, озера Большое и Малое Еравное, Баунт, Бусани и др.
Гидрогеологические условия формирования подземных вод также значительно меняются в зависимости от расчлененности рельефа, толщины многолетнемерзлого слоя, структуры и особенностей питания артезианских бассейнов, мощности водоносных комплексов. По своим тектоническим особенностям, геологическому строению, условиям питания, формирования и развития подземные воды приурочены к двум гидрогеологическим структурам I-го порядка - Байкало-Витимской и Алтае-Саянской сложным гидрогеологическим складчатым областям (СГСО). В пределах обозначенных СГСО согласно гидрогеологическому районированию выделено семь гидрогеологических структур II-го порядка: в составе Алтае-Саянской сложной ГСО - Сангиленская ГСО; в составе Байкало-Витимской сложной ГСО - Саяно-Тувинская, Восточно-Саянская, ХамарДабан-Баргузинская, Джида-Витимская, Малхано-Становая и Байкало-Муйская. Перечисленные области, в свою очередь, подразделяются на гидрогеологические структуры более низкого порядка - межгорные артезианские бассейны (МАБ) и гидрогеологические массивы (ГГМ), обозначенные на прилагаемой карте (Приложение 2). Наиболее широко используются подземные воды ХамарДабан-Баргузинской и Джида-Витимской сложных ГСО.
Оценка интенсивности совокупной антропогенной нагрузки на речные бассейны Республики Бурятия по параметрам площадного воздействия
Вода, являясь одним из наиболее важных компонентов природной среды, одновременно служит основным потенциалом осуществления хозяйственной деятельности человека, обеспечения его социального и экономического благополучия. Вода как необходимый составной элемент ряда технологических процессов, и естественный ресурс – источник хозяйственно-питьевого и сельскохозяйственного водоснабжения имеет первостепенное значение для функционирования практически всех отраслей экономики, а также удовлетворения бытовых и культурных потребностей населения. Ценные природные качества воды обусловили экстенсивный расточительный характер ее использования на протяжении длительного периода истории развития человеческого общества. В итоге экологическое состояние многих водных объектов, в особенности, малых рек, ухудшилось, а качество воды перестало удовлетворять гигиеническим и иным требованиям.
В этой связи для формирования необходимых и достаточных действий водоохраной деятельности и улучшения водохозяйственной обстановки в речных бассейнах одной из важнейших задач научного изучения на современном этапе становится оценка совокупной антропогенной нагрузки на водные объекты и водосборы с идентификацией основных источников загрязнения и определением приоритетных загрязняющих веществ. Проведение оценки требует детального анализа геоэкологических условий водопользования в речном бассейне. Он включает в себя целый ряд последовательных этапов: изучение и обобщение опыта предыдущих геоэкологических исследований, определение особенностей функционирования различных отраслей и видов хозяйственной деятельности, выявление основных тенденций регионального использования водных объектов, определение структуры и уровня антропогенного воздействия, зонирование территории в зависимости от уровня антропогенной нагрузки, определение путей достижения рационального, устойчивого и экологически безопасного водопользования.
В частности, наибольшую актуальность приобретают проблемы промышленного и жилищно-коммунального водопользования, сопряженные с большими объемами изъятия водных ресурсов и сброса сточных вод в водные объекты. Общеизвестно, что районы с промышленной специализацией, как правило, отличаются максимальными объемами водопотребления и водоотведения в силу большой потребности воды как на производственные нужды, так и для водоснабжения населения урбанизированных территорий, на которых размещены объекты индустрии. Аграрные же районы в отличие от промышленных характеризуются безвозвратностью использования воды, т.к. не имеют в своем арсенале технологий замкнутого водооборота. Рекреация способна нанести значительный и непоправимый ущерб, загрязняя водотоки и водоемы, засоряя водосборные площади отходами жизнедеятельности человека и использования различных технических и плавательных средств. Влияние возросшей «дикой», неорганизованной рекреации в полной мере ощущают на себе прибрежные территории оз. Байкал.
В ходе геоэкологического анализа условий водопользования в разрезе определения влияния объемов водопотребления на местные водные ресурсы обычно проводится сопоставление с размерами водного стока, что позволяет обосновать необходимость проведения политики кардинального водосбережения. Аналогичное сопоставление объемов сброса сточных вод по отношение к величине стока характеризует, в определенном смысле экологическую емкость водотока, т.е. насколько «сильна» его самоочищающая способность и может ли он «справиться» с поступающей массой загрязняющих веществ [115].
В 1997 г. коллективом сотрудников кафедры гидрологии суши МГУ им. М.В. Ломоносова была разработана Методика оценки антропогенной нагрузки на малые реки Московской области, позволяющая определить совокупную нагрузку на бассейн реки как сумму баллов, оценивающих интенсивность возможного поступления загрязняющих веществ как от точечных, так и от рассредоточенных источников. Полученный путем комплексирования гидрохимических показателей и гидробиологических параметров интегральный индекс экологического состояния водотока (ИИЭС) позволил на основании многолетних исследований выявить равнинные реки (или участки рек) бассейна Средней Волги, которые по степени антропогенной нагрузки и нарушенности природных экосистем могут быть отнесены к районам с чрезвычайной экологической ситуацией [116]. Однако этот метод требует наличия базы данных по целому комплексу гидрохимических и гидробиологических параметров. В условиях недостаточной изученности целого ряда рек Бурятии, подвергающихся интенсивному хозяйственному использованию (например, рр. Модонкуль, Кяхтинка, Цаган-Гол, Тугнуй), отсутствие необходимых данных не позволяет адекватно оценить фактическое состояние этих крайне загрязненных водотоков.
В последнее время наибольшее распространение получила методика оценки антропогенной нагрузки на водный объект по отношению к стоку реки в изучаемом створе. При этом становится возможным определение нагрузки не только по объему сбрасываемых в водоток сточных вод, но и по массе загрязняющих веществ, поступающих со стоками в водный объект. Одним из преимуществ данной методики является возможность отследить критический уровень нагрузки водотока в неблагоприятный по водности год, поскольку величина нагрузки непостоянна и зависит, как от объема сброса, так и от гидрологических условий текущего года. К относительной слабости методики следует отнести вопрос о достоверности данных об объемах сброса и массе загрязняющих веществ, представляемых водопользователям по форме государственного статистического наблюдения 2-тп (водхоз). Тем не менее, практическое использование данной методики позволило определить уровень нагрузки сточными водами и установить экологическую обстановку в подбассейнах рр. Волга и Ока на территории Нижегородской, Владимирской, Костромской областей и Республики Чувашия [117-119], озер Белоруссии [120].
Принципиально важным результатом работы [121] стало установление антропогенной нагрузки на малые реки с проведением предварительных расчетов по определению неизвестных гидрографо-гидрологических характеристик (площади бассейна, среднего годового стока).
Экологическая оценка нагрузки сточными водами позволила выделить проблемные водотоки и реки с «очень слабой» нагрузкой, а также провести их ранжирование по степени нагрузки конкретными загрязняющими веществами.
Совершенно иной подход к оценке степени нагрузки сточными водами с последующим зонированием территории на основе использования методов многомерного статистического анализа проведено Д.Б. Гелашвили [122]. В данной работе была сформирована система показателей, характеризующих интенсивность водопользования – объем забора воды на различные нужды, отношение объема забора воды из поверхностных или подземных источников к установленным лимитам, объемы сброса сточных вод всех категорий очистки, отношение объема загрязненных сточных вод к забору воды из природных источников, отношение нормативно-очищенных сточных вод к общему объему сточных вод. Затем с использованием метода обработки и сжатия информации с помощью функции желательности был проведен многомерный кластерный анализ, позволивший провести зонирование территории Нижегородской области по степени нагрузки сточными водами, получить интегральную оценку экологической обстановки в территориальном разрезе и в динамике.
Важным преимуществом и несомненным достоинством методики зонирования (ранжирования) территории по степени совокупной антропогенной нагрузки ИВЭП СО РАН является учет как прямого воздействия на водные объекты, так и косвенной нагрузки на водосборные территории. Данная методика, основываясь на бассейновой концепции природопользования, предусматривает оценку экологического состояния, исходя из ситуации на территории бассейна [123].
Разработка системы мероприятий по оптимизации целевого водопользования в речных бассейнах Республики Бурятия
В бассейне р. Селенга на ВХУ 16.03.00.005 сельскохозяйственная нагрузка на водосборы достигает 3,1 гол/км2 за счет крупного поголовья скота в Селенгинском районе и 10%-ного уровня распашки земель бассейна. Прямое же воздействие на водные объекты выражается в безвозвратном изъятии воды для орошения значительных площадей сельскохозяйственных угодий в объеме около 25 млн м3/год. Вода забирается из рр. Гильбира, Халюта, Иволга, Оронгой, Селенга, Убукун, Темник, Куналейка. Максимальный водозабор (10-17 млн м3/год) производится из р. Убукун - притока р. Оронгой, наибольший годовой сток воды которой составляет 0,43 км3/год, наименьший - 0,094 км3/год. Анализируя данные о ежегодных объемах водозабора и сведения о среднемноголетних расходах воды по девяти постам наблюдений [82] можно сделать вывод о том, что в целом по бассейну водного стресса нет. Коэффициент изъятия водных ресурсов в год с наименьшей водностью и наибольшим забором воды, не превышает 2%. Однако в случае максимального водозабора из р. Убукун в маловодный период коэффициент изъятия может вырасти до 18%, т.е. возникнет слабая нехватка воды для орошения имеющихся поливных площадей. Поэтому с учетом влияния антропогенных факторов в современных меняющихся климатических условиях целесообразно расширение исследований стока рек для уточнения ресурсов поверхностных вод и совершенствования прогнозирования водохозяйственной ситуации в бассейне, учитывая тот факт, что в середине мая 2008 г. на территории г. Улан-Удэ был отмечен исторический минимум весенне-летнего уровня воды р. Селенга, не наблюдавшийся за весь период с 1934 г.
Несмотря на то, что в бассейне р. Иркут основным видом экономической деятельности является туризм, сельское население занято производством животноводческой продукции. Удельный вес Тункинского района по поголовью КРС в общереспубликанском поголовье довольно высок (7,2%), поэтому максимальный уровень нагрузки отмечается по поголовью КРС (2,21 усл. гол/км2).
В бассейне р. Чикой все водопользователи имеют сельскохозяйственный профиль. Средний уровень совокупной нагрузки формируется, в основном, за счет животноводческой нагрузки (2,46 усл. гол/км2) и 4%-ной распашки земель бассейна. Общий водоотбор не превышает трех млн м3 /год, из них 90-95% приходится на поверхностный водозабор оросительной системой. Водный стресс отсутствует – коэффициент изъятия водных ресурсов не превышает 2%.
Объем водозабора составляет, в среднем, 8,5 млн м3/год. Источниками воды для полива служат рр. Уда, Курба, Шолот, Онохой, Бильчир, Брянка, Илька, Сулхара, Чесан, Кудун, Кижинга, Шубугуй, Хан-Жаргалан, Маракта, Эгита, Барун-Ульдурга. Распределение забора воды по административным районам показано на Рисунке 13.
В целом в бассейне водный стресс отсутствует. Наиболее неблагоприятная ситуация со слабой нехваткой воды (при коэффициенте изъятия, равном 8%) может возникнуть на р. Кижинга, когда в маловодный год при годовом стоке 0,014 км3/год возможен забор воды в объеме 1,12 млн м3/год (столько воды было забрано, например, в 2007 г.). Из р. Маракта в Еравнинском районе ежегодно забирается по 1,484 млн м3/год, если использовать при расчете данные о расходе р. Уда в створе у с. Усть-Эгита данного же района, то в наименьший по водности год коэффициент изъятия может достичь 6,5%, что также говорит о возможности слабого дефицита воды. В то же время, поскольку информация о расходах воды недостаточна, то для прогнозирования водоносности и динамики речного стока в маловодном бассейне р. Уда в неблагоприятные по водности годы возникает целесообразность уточнения ресурсов поверхностных вод.
В бассейне рек средней части оз. Байкал в условиях низкого уровня промышленного производства антропогенная нагрузка сформировалась за счет экстенсивного ведения хозяйства прошлых лет. По мнению ряда ученых, долина р. Баргузин становится зоной экологического бедствия [140]. Антропогенные изменения стока р. Баргузин были впервые отмечены в 1948-1950 гг, когда средние годовые объемы стока уменьшились с 4,19 до 3,75 км3 [59]. Причем эта разница значительно превышала потери воды на орошение, которые в 1980-е годы составляли 0,05 км3/год, или немногим более 1% годового стока [141]. Таким образом, уже в 1990-е годы был сделан вывод о том, что снижение стока вызвано преобразованиями поверхности водосбора, а именно лесоразработками, распашкой земель, прокладкой дорог. В последующие годы произошли внутригодовые изменения стока, выразившиеся в существенном снижении водности осенних месяцев и в более раннем наступлении половодья, в том числе и из-за уменьшения регулирующей способности системы водосбора, обусловленной изменениями характера подстилающей поверхности. Для годового стока реки выявлен отрицательный многолетний тренд - около 0,01 км3/год [142]. В настоящее время сток р. Баргузин колеблется от 3,11 км3/год в 2010 г. до 3,42 км3/год в 2012 г. В целом в бассейне водный стресс отсутствует - коэффициент изъятия водных ресурсов в год с наименьшей водностью и наибольшим забором воды на орошение не превышает 1%. Забор воды на орошение осуществляется из восьми рек. Сведения о расходах воды имеются по 12 постам наблюдений. Максимальный водозабор (до 2,5 млн м3/год) производится из р. Уро, здесь коэффициент изъятия водных ресурсов в маловодный год при максимальном водозаборе составляет 7%, т.е. в засушливый период возможна слабая нехватка воды для орошения сельскохозяйственных угодий.
Бассейн левых притоков Ангары мало пригоден для земледелия из-за сплошного распространения многолетней мерзлоты, короткого вегетационного периода. Поэтому сельскохозяйственная нагрузка – очень низкая. В основном, здесь сохранено и успешно развивается традиционное номадное животноводство (яководство, оленеводство и табунное коневодство), а также разведение крупного рогатого скота (монгольская порода, хайнаки – гибриды монгольской породы и яков). Однако необходимо отметить рост поголовья КРС с 4,77 голов в 1924 г. до 15,75 голов в 2011 г. [145].
В бассейне р. Витим сложные природные факторы - отрицательные среднегодовые температуры воздуха и значительные суточные колебания температур, продолжительная зима и короткое лето, мощный слой многолетней мерзлоты - оказывают существенное влияние на хозяйственную освоенность территорий, сдерживая сельскохозяйственное производство. Поэтому по совокупности всех показателей прямого и косвенного воздействия антропогенная нагрузка – низкая.
