Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Природные условия Оренбургской области как ландшафтно-экологические критерии строительства искусственных водоёмов 13
1.1. Геологическое строение 13
1.2. Гидрогеологические условия 16
1.3. Геоморфологические условия 17
1.4. Климатические условия 22
1.5. Гидрологические условия 25
1.6. Почвенные условия 27
Глава 2. Материалы и методы изучения искусственных водоёмов 30
Глава 3. Оценка современного геоэкологического состояния ис кусственных водоёмов 37
3.1. Закономерности географического размещения и динамика строительства искусственных водоёмов 37
3.2. Оценка качества воды как индикатора геоэкологического состояния аквальных ландшафтов прудов и водохранилищ 40
3.3. Проблема неустойчивого функционирования искусственных водоёмов и современное состояние гидроузлов 43
Глава 4. Типология искусственных водоёмов Оренбургской области 47
4.1. Проблема типологии искусственных водоёмов 47
4.2. Долинно-русловые водохранилища аквального типа местности со сложным уровнем ландшафтной организации 49
4.3. Малые водохранилища пойменного типа местности с услож нённой ландшафтной организацией 52
4.4 Балочные пруды склонового типа местности с упрощённой ландшафтной структурой 55
4.5. Ложбинные пруды плакорного и надпойменно-террасового типов местности с простой ландшафтной структурой 58
4.6 Карьерные пруды склонового и надпойменно-террасового типов местности 60
Глава 5. Геоэкологические последствия строительства искусственных водоёмов 63
5.1. Проблема взаимодействия водно-антропогенных геосистем с ландшафтами побережий 63
5.2. Гидродинамическое влияние и формирование берегов искусственных водоёмов 64
5.3. Формирование растительного покрова в условиях прудов и водохранилищ 79
5.4 Оценка влияния искусственных водоёмов на микроклимат 96
Глава 6. Проблемы экологической оптимизации и рационального использования искусственных водоёмов Оренбургской области 104
6.1. Основные направления экологической оптимизации искусственных водоёмов 104
6.2. Эколого-функциональная ординация и зонирование водоёмов и их побережий 105
6.3. Рекреационно-ландшафтное обустройство искусственных водоёмов (на примере Орловского рекреационного участка Ириклинского водохранилища) 118
6.4. Ландшафтно-адаптивное облесение побережий и водосборных территорий 127
6.5. Противоэрозионное обустройство валов в верхних частях оврагов 129
6.6. Оптимальное использование биоресурсов искусственных водоёмов 129
6.7. Обустройство агрохозяйственных участков 130
6.8. Гидрохимический мониторинг акватории искусственных водоёмов в целях использования гидротехнических сооружений для водоснабжения, рекреации и рыбного хозяйства 131
Заключение 133
Список использованных источников 135
Приложения 151
- Геологическое строение
- Закономерности географического размещения и динамика строительства искусственных водоёмов
- Проблема типологии искусственных водоёмов
- Проблема взаимодействия водно-антропогенных геосистем с ландшафтами побережий
Введение к работе
Изучение закономерностей взаимодействия искусственных водоёмов с окружающей природной средой является одной из актуальных задач эко-лого-географических исследований. Пруды и водохранилища представляют собой сложные аквально-антропогенные системы, оказывающие глубокое и разностороннее воздействие на ландшафты водосборных территорий: Занимая около 2,5% территории Оренбургской области, искусственные водоёмы играют важную роль в формировании водно-ресурсного потенциала региона.
В то же время искусственные водоёмы в значительной степени трансформировали ландшафт степной зоны. Их создание изменило не только природу самих аквальных комплексов, но и прилегающих территорий. Удовлетворяя разнообразные требования, предъявляемые хозяйством к водным ресурсам, пруды и водохранилища вносят в природу негативные явления: затопление земель, абразию берегов, условия воспроизводства рыб [31], образование проранов, которые особенно интенсивно проявляются в настоящее время. В связи с этим возникает необходимость экологической оптимизации процессов взаимодействия прудов и водохранилищ с прилегающими ландшафтами.
Актуальным является и то, что в работе реализуется одно из основных направлений экологической оптимизации степных ландшафтов — восстановление и поддержание естественной обводнённости, которое определяет экологические нормативы регулирования и использования местного и транзитного стока поверхностных и подземных вод [139].
Изучение природно-антропогенных систем степной зоны Оренбургской области базируется на работах Ф.Н. Милькова (1966; 1978), С.Л. Вен-дрова, К.Н. Дьяконова (1979), А.Б. Авакяна (1979), А.А. Чибилёва (1992), Н.И. Коронкевича (1995), В.Б. Михно (1995; 2000).
На протяжении исторического развития выделяется несколько этапов гидротехнического строительства. Сведения о строительстве первых водохранилищ относятся к периоду 3000 - 2300 годам до нашей эры, когда в Древнем Египте была сооружена плотина Кошиш длиной 450 м и высотой 15 м для отвода Нила от площадки, где строилась столица Мемфис [151]. В этот же период южнее Каира была возведена плотина Саад-эль-Кафара на Вади-Гарави высотой 12 м и длиной 108 м, однако вследствие отсутствия водослива была размыта. В 2300 году до нашей эры было создано водохранилище Мёрис, с объёмом более 1 км , расположенное в 80 км юго-западнее Каира, которое было названо Геродотом одним из чудес света [153].
За 1300 лет до нашей эры на территории современной Сибири была возведена плотина Хомс на р. Оронт длиной 2 км. Около 750 г. до н. э. в районе современной Йеменской Республики была сооружена плотина высотой 4 м и длиной 600 м, образовавшая водохранилище Мариб на реке Вади-Дхана с целью орошения земель. Проран этой плотины сохранился до нашего времени [153].
Создание водохранилищ до нашей эры велось в Китае, Японии, Индии, Шри-Ланке, Иране и др [30].
В период нашей эры наиболее интенсивное гидротехническое строительство связано с развитием материального производства, роста численности населения, потребностью в сельскохозяйственной и промышленной продукции. Для целей ирригации строительство проводилось в аридных регионах - Средиземноморье, Среднем Востоке, Южной и Восточной Азии. Сохранившееся и эксплуатирующееся до настоящего времени водохранилище Бенде-Эмир может служить примером древнего комплексного объекта, использующегося для орошения и получения механической энергии [151]. Здесь была сооружена первая водяная мельница, впоследствии заменённая гидроэлектростанцией.
В Японии за период 522-1603 гг. сооружено 30 водохранилищ, а за 1603-1867 гг. - 540 водохранилищ с высотой плотины более 15 м [152].
В Европе строительство плотин связано с появлением водяных мельниц. В настоящий период в районе г. Арля сохранились остатки каскада, состоящего из 16 мельниц [30].
С развитием промышленного производства в XV веке связан этап сооружения крупных водохранилищ. Это продиктовано необходимостью увеличения механической энергии для прядильно-ткацких, металлообрабатывающих, лесопильных, горнорудных предприятий. Первые такие водохранилища появились в Западной Европе, Австро-Венгрии, России. В дальнейшем, с развитием водного транспорта, который требовал регулирования стока для увеличения меженных расходов и питания водой многочисленных каналов активно развивалось гидротехническое строительство в Англии, Германии, России. В этот период были сооружены Вышневолоцкое, Шлинское, Кубенское, Уверское водохранилища [31 ]
Наибольшего пика гидротехническое строительство достигло в XIX-XX века в связи с развитием электроэнергетики в Швейцарии, Австрии, Франции, Германии, Италии, Швеции, Норвегии, США, Японии. Наряду с гидроэнергетикой водохранилища создавались для ирригации, промышленного и коммунального водоснабжения, борьбы с наводнениями [31].
Современный этап массового создания водохранилищ начался после второй мировой войны. Регулирование стока стало проводиться не только для решения традиционных проблем развития энергетики и ирригации, но и для водообеспечения городских агломераций, районов отдыха, промышленных районов и улучшения экологического состояния крупных природных объектов и регионов. В этот период искусственные водоёмы создавались практически во всех регионах мира [30].
В связи с этим возникает проблема взаимодействия искусственных водоёмов с наземными ландшафтами, которая отражена в работах многих
отечественных и зарубежных учёных: К.Н. Дьяконова (1965; 1966), С.Л. Вендрова (1976; 1979), Н.И. Коронкевича (1976), Ю.М. Матарзина (1970; 1981), А.Б. Авакяна (1973; 1987; 1999), К.К. Эдельштейна (1980; 1989; 1998), В.М. Широкова (1995), Fels Е. (1964; 1965; 1967), Litle Е.С. S. (1966; 1969) и др.
В истории создания и использования искусственных водоёмов Оренбургской области нами выделено четыре этапа.
Первый этап охватывает период конца XIX начала XX века. В это время в Оренбургском Приуралье существовали пруды при мельничных установках. В 20-е годы XX века появляются пруды на балках с временно текущими водотоками для целей орошения сельскохозяйственных угодий.
Второй этап гидротехнического строительства охватывает до- и послевоенные годы. Он характеризуется целенаправленным сооружением искусственных водоёмов для мелиорации и орошения сельскохозяйственных угодий. К этому периоду относится создание первых крупнейших оросительных систем — Домашкинской (1938 г.) и Елшанской (1938 г).
Третий этап охватывает 60-90-е годы и связан с пиком интенсивного гидротехнического строительства. В это время создаются крупнейшие Ириклинское, Черновское, Верхне-Кумакское, Красночабанское и дру-гие водохранилища общая площадь которых составила 387,4 км , что занимает 86,5% от всей площади искусственных водоёмов Оренбургской области. В основном искусственные водоёмы (пруды и водохранилища) создавались для орошения, водоснабжения, обводнения, рекреации, рыборазведения, регулирования стока.
Современный этап охватывает период с 90-х годов по настоящее время. Он характеризуется постепенным снижением темпов гидротехнического строительства, что связано с уменьшением их использования в хозяйственной деятельности. В этот период наблюдается интенсивное ухудшение геоэкологического состояния природной и гидротехнической
систем искусственных водоёмов, что приводит к формированию новых антропогенных ландшафтов — проранов прудов и водохранилищ, зарастанию акватории высшей водной растительностью, изменению химического состава воды, заилению и другим негативным явлениям.
В степной зоне Оренбургской области искусственные водоёмы изучались Оренбургской лабораторией ландшафтной экологии Института экологии растений и животных УрО РАН для оценки их рыбохозяйственно-го использования и государственной водной службой Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды Министерства природных ресурсов по Оренбургской области для организации противопаводковых мероприятий.
Изучение ландшафтных и геоэкологических особенностей искусственных водоёмов, отражённых в настоящей диссертационной работе связано с возникшей проблемой деградации не только аквальных геокомплексов прудов и водохранилищ, но и прилегающих ПТК в связи с чем были обоснованы конкретные мероприятия по их оптимизации.
Цель и задачи исследований:
Основной целью работы является изучение ландшафтных особенностей искусственных водоёмов Оренбургской области для обоснования их экологической оптимизации.
В связи с поставленной целью были решены следующие задачи:
дана оценка современного геоэкологического состояния прудов и водохранилищ;
разработана типология прудов и водохранилищ, основанная на учёте их ландшафтно-морфологических особенностей;
- выявлено влияние искусственных водоёмов на динамику берегов,
изменение микроклиматических условий в зоне их влияния и формирова
ние аквальных геокомплексов;
разработана типология берегов искусственных водоёмов для оценки рекреационного потенциала побережий на примере Ириклинского водохранилища;
определены ландшафтно-экологические критерии строительства искусственных водоёмов;
разработаны основные направления экологической оптимизации ак-вально-антропогенных геосистем Оренбургской области;
разработаны модели рекреационно-ландшафтного обустройства водохранилищ Оренбургской области.
Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:
впервые дана оценка современного геоэкологического состояния прудов и водохранилищ Оренбургской области на основе ландшафтных методов исследований;
разработаны новые подходы к оценке ландшафтно-эстетических особенностей берегов искусственных водоёмов с учётом их типов;
проведён анализ и составлены подробные ландшафтные карты различных типов искусственных водоёмов;
впервые изучены особенности трансформации ландшафтов побережий водохранилищ степной зоны Оренбургской области;
впервые изучена динамика береговых процессов Ириклинского водохранилища;
разработаны основные направления экологической оптимизации и принципы рекреационно-ландшафтного обустройства искусственных водоёмов степной зоны.
Практическая значимость работы определяется значительной ролью искусственных водоёмов в хозяйственном использовании и формировании современной ландшафтной структуры Оренбургской области. Изучение водоёмов как аквальных ландшафтных комплексов позволяет прогнозировать процессы их функционирования и предотвратить негативные явления в процессе эксплуатации. Для оптимизации взаимодействия пру-
дов и водохранилищ с прилегающими природными комплексами разработана схема рекреационно-ландшафтного обустройства на примере Орловского рекреационного участка Ириклинского водохранилища. Основные положения, выносимые автором на защиту:
искусственные водоёмы оказывают многофакторное воздействие на структуру и динамику ландшафтов, образуя сложные парадинамические системы;
современное геоэкологическое состояние аквально-антропогенных геосистем позволяет определить основные направления экологической оптимизации;
разнообразные типы берегов искусственных водоёмов являются носителями эстетической ценности, которые определяют ландшафтную привлекательность побережья и нуждаются в ландшафтно-рекреационном обустройстве.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических и международных конференциях и семинарах различного уровня: Международной юбилейной научно-практической конференции, посвященной 30-летию Оренбургского государственного университета (Оренбург, 2001); региональных научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов (Оренбург, 2001, 2002, 2003); международных конференциях «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2001, 2002), второй всероссийской школе-семинаре молодых учёных-степеведов (Большая Черниговка, 2002); международной общественно-научной конференции «Природные и культурные ландшафты: проблемы экологии и устойчивого развития» (Псков, 2002), III Международном симпозиуме «Степи Северной Евразии» (Оренбург, 2003), молодёжной международной конференции «Экология-2003» (Архангельск, 2003).
В 2002 году автор стал лауреатом областного конкурса научно-исследовательских работ молодых учёных и специалистов за работу «Изу-
чение рекреационного потенциала природного парка «Ириклинский», а в 2003 - лауреатом конкурса научных работ «Экотехнологии 2003» за работу «Разработка проекта организации природного парка «Ириклинский».
Использованные материалы и методы исследований. Основой содержания диссертационной работы послужили данные полевых исследований, полученные автором в течение 2000-2003 годов, литературные и фондовые материалы Института степи УрО РАН, Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды Министерства природных ресурсов по Оренбургской области, управлениями эксплуатации Ириклинским и Сорочинским водохранилищами. В работе использовались методы физико-географических и гидроботанических исследований. При камеральной обработке материалов использовались компьютерные программы Adobe Photoshop 4 и Maplnfo 7,0 для составления ландшафтных карт и рассчёта площадей аквальных урочищ.
Использование результатов исследования подтверждается актами о внедрении результатов работы Главным управлением природных ресурсов по Оренбургской области и Комитетом по природоохранной деятельности и мониторингу окружающей среды Оренбургской области при выполнении работ по проектированию природного парка «Ириклинский» в пределах акватории и водоохранных зон Ириклинского водохранилища, а так же документами администрации Новоорского района использовавшей полученные материалы экспериментов при оценке ландшафтно-эстетических особенностей побережья Ириклинского водохранилища для развития организованного туризма. Результаты исследований положены в основу разработанной целевой программы «Рекреационно-ландшафтное обустройство водоёмов Оренбургской области на 2004-2008 годы». Основные положения работы могут использоваться при разработке учебных курсов «Физическая география Оренбургской области», «Геоэкология» и «Ландшафтоведение» в образовательных учреждениях высшей школы.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объём диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературных источников из 178 наименований. Общий объём диссертации 173 страницы, в том числе 17 рисунков, 23 таблицы, 4 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность коллективу Института степи УрО РАН, особенно научному руководителю, доктору географических наук, члену-корреспонденту РАН Александру Александровичу Чибилёву, являющемуся организатором многочисленных экспедиций, за оказанную помощь при написании диссертационной работы. Автор также выражает благодарность заместителю директора по научной работе В.П. Петрищеву, за оказанное содействие в проработке картографического материла, а так же В.М. Павлейчику и Н.О. Кин за оказанную помощь в работе.
Особую признательность автор выражает руководителю государственной водной службы Главного управления природных ресурсов Министерства природных ресурсов по Оренбургской области В.Н. Кретову и администрации ФГУ управления эксплуатации Ириклинским водохранилищем за возможность работы с фондовыми материалами.
Геологическое строение
Одним из основных условий строительства искусственных водоёмов является геологическое строение, определяющее динамику водного режима и фильтрационные способности слагающих ложе водоёма горных пород. Оценка геологических условий позволит выявить благоприятные и неблагоприятные районы для гидротехнического строительства, а также прогнозировать возможный выход из строя, проектируемых водных объектов.
Для оценки степени влияния геологического строения на функционирование аквально-антропогенных геосистем необходимо рассмотреть специфику кайнозойских отложений, поскольку ложе искусственных водоёмов образуют породы этого возраста. В зависимости от того, как они будут реагировать на изменение водного режима, во многом будет зависеть характер функционирования искусственных водоёмов.
Палеогеновые отложения в пределах западного Предуралья Оренбургской области, представленные песками, опоками, конгломератами, «дырчатыми» кварцитами на водоразделах сильно смыты, а в долинах рек и балках в значительной степени размыты. На Южном Урале палеогеновые отложения представлены аллювиальными галечниками и песками, а также озёрными каолиновыми глинами мощностью до 100 м с различными физическими и химическими свойствами [35]. Таким образом, глинистые отложения палеогена являются очень хорошим водоупором, препятствующим инфильтрации воды из водоёмов, а аллювиальные галечно-песчаные отложения — водопроницаемым горизонтом.
Неогеновые отложения максимальной мощностью до 60-110 м, образованные песками, галечниками и глинами представлены в Заволжье в долинах Урала, Сакмары, Самары и других рек. Часть из них имеет лагунно эстуариевое происхождение. На Южном Урале и в Заволжье в пределах Оренбургской области неогеновая система представлена красноцветно-сероцветными глинами аральской свиты [39].
Четвертичные отложения представленные галечниками, песками и глинами надпойменных речных террас, а также коричнево-бурыми делювиальными суглинками и супесями стали главной почвообразующей породой Оренбургской области. На склонах и междуречьях их мощность составляет от 0,5 до 2-3 м [141].
Аллювиальные отложения долин рек и балок включают пески с прослойками глин, суглинков и супесей. Для них характерны высокие фильтрационные способности. Коэффициент фильтрации аллювиальных песков в зависимости от зернистости колеблется от 2 до 25 м/сутки [121]. Без проведения противофильтрационных мероприятий, районы, образованные данными отложениями, практически не благоприятны или малоблагоприятны для строительства искусственных водоёмов.
Таким образом, отсутствие на многих участках покрова водоупорных глин и суглинков определяет неблагоприятные геологические условия для гидротехнического строительства. Наличие в долинах малых рек Западного Предуралья древних и современных аллювиальных отложений осложняет строительство искусственных водоёмов без предварительного проведения противофильтрационных мероприятий.
В значительной степени благоприятные геологические условия для строительства водоёмов в пределах Оренбургской области отмечены на Южном Урале. Фундамент образован интрузивными породами, в некоторых местах выходящих на дневную поверхность (граниты, габбро, диориты и др.), Основания балок образованы солонцеватыми с солонцами водо-упорами, наиболее благоприятными для сооружения искусственных водоёмов.
Таким образом, наиболее благоприятным районом является Южный Урал, в пределах которого создан крупнейший искусственный водоём Оренбургской области - Ириклинское водохранилище, площадью 260 км2, а рассчитанный нами коэффициент запруженности в пределах Зауральской высоко-равнинной провинции составил - 1/15 (среднеобластной - 1/43) (таблица 4).
Песчаные поймы и первые надпойменные террасы малых рек Западного Предуралья характеризуются неблагоприятными геологическими условиями для гидротехнического строительства, что связано с повышенной фильтрацией песков и супесей, образующих речные поймы и надпойменные террасы. Днища балок лишены слоя суглинков либо имеют незначительную их мощность, а аллювиальные пески ниже переходят в толщу древнеаллювиальных песков. Дно большинства балок лежит выше уровня грунтовых вод, поэтому после непродолжительного весеннего стока талых вод балки летом пересыхают. Многие реки и временно текущие водотоки на покровных суглинках имеют коэффициенты фильтрации 0,2-0,8 м/сутки, четвертичных песков — 4-6 м/сутки [121]. В таких условиях строительство искусственных водоёмов целесообразно осуществлять в нижних частях балок, где близко залегают грунтовые воды.
Около половины района исследования занимает Общий Сырт. Здесь в основном преобладают породы пермской и триасовой систем, представленные красноцветными песками, глинами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами, галечниками, конгломератами [136]. Красноцветные глины и суглинки являются хорошими водоупорами. В связи с этим, в этом районе сконцентрировано значительное количество прудов и малых водохранилищ, единичной ёмкостью более 1 млн м3.
Закономерности географического размещения и динамика строительства искусственных водоёмов
С закономерностями географического размещения и динамикой строительства искусственных водоёмов тесно сопряжены выделенные нами периоды исторического развития гидротехнического строительства Оренбургской области. В 60-90-е годы отмечен пик гидротехнического строительства, в результате которого сооружено 86,5% искусственных водоёмов для орошения, водоснабжения, обводнения, рекреации, рыборазведения, регулирования стока. С 90-х годов темпы гидротехнического строительства резко снижаются. По результатам исследований в 1990 году в пределах Оренбургской области насчитывалось 2312 прудов и водохранилищ общей площадью 1565 км2. В эту площадь не входит зеркало самого крупного искусственного водоёма Ириклинского водохранилища (260 км ), которое по своим параметрам превосходило все остальные [136].
В 2001 году по данным водной службы Главного управления природных ресурсов Оренбургской области [155] и результатам проведённых исследований их количество сократилось в 1,5 раза и составило около 1600, в том числе объёмом свыше 50 млн. м — 4, от 10 до 50 млн. м — 6, от 1 до 10 млн. м3 — 121, от 100 тыс. м3 доі млн. м3 - 291, менее 100 тыс. м3 — 957. Резкое сокращение темпов гидротехнического строительства связано с уменьшением необходимости их использования в хозяйственной деятельности.
Интенсивное ухудшение в последние годы геоэкологического состояния аквальных и гидротехнических комплексов водоёмов привело к формированию новых антропогенных ландшафтов — проранов прудов и водохранилищ, зарастанию акватории высшей водной растительностью, изменению химического состава воды, заилению и другим негативным явлениям.
Данные расчетов показали, что наибольший коэффициент запруженности характерен для Зауральской высоко-равнинной и Тургайской возвышенной провинций, что объясняется необходимостью обводнения данной территории в условиях минимального модуля стока, составляющего 0,5 л/с с км . Наименьший коэффициент запруженности отмечен в За-волжско-Предуральской возвышенной и Урало-Мугоджарской низкогорной провинциях, где в наибольшей степени развита гидрографическая сеть, а модуль стока составляет до 6 л/с с км (таблица 5).
Важнейшим показателем состояния аквального комплекса является качество воды [91, 92]. Оценка качества воды, в том числе в прудах и водохранилищах, проводится в основном по её пригодности для решения конкретных задач водопользования — водоснабжения, орошения, рыбохо-зяйственного использования и др [103].
Состав воды водоёма во многом определяет жизнедеятельность водных экосистем с функциональным состоянием которых связаны процессы самоочищения водоёмов и их продуктивность. Поэтому рассмотрение качества воды как характеристики среды, обеспечивающей устойчивость водных экосистем, при оценке вод не менее важно, чем учёт иных критериев. Влияние изменений, происходящих в экосистемах прудов и водохранилищ на качество воды, изучено недостаточно [29].
Качество воды определяется в первую очередь гидрохимическими особенностями вод речного стока. На основе статистической обработки анализов проб воды из рек и водохранилищ автором оценено влияние зарегулированное стока на гидрохимический состав.
Нами установлено закономерное снижение концентраций определяемых веществ (Са, Mg, Си, Na+K, СІ, НСОз И Др) в воде водохранилищ по сравнению с питающими их реками. В условиях степной зоны (Сорочин-ское, Черновское, Домашкинское водохранилища) концентрация определяемых веществ на образующих их реках до водохранилища в среднем превышает в 1,5 раза. В условиях лесостепной зоны (Харитоновское, Ржавское водохранилища) концентрация определяемых веществ на образующих их реках до водохранилища в среднем превышает лишь в 1,2 раза. В таблице 6 приводятся данные результатов химических анализов для Со-рочинского водохранилища и его рек.
Пруды на временно текущих водотоках и малых реках, для которых характерны слабый водообмен и небольшая глубина, содержат повышенную концентрацию биогенных элементов, в первую очередь азота и фосфора. Избыточное поступление с площади водосбора в водоём биогенных элементов при определённом сочетании гидрологических и гидрохимических факторов вызывает «цветение воды», связанное с развитием сине-зелёных водорослей, среди которых доминируют Aphanizomenon flos aquae, Microcystis aeruginosa, Anabaena lemmermannii [154].
Результаты рыбохозяйственной паспортизации прудов Оренбургской области [158 - 178] показали, что на 80% искусственных водоёмах региона в период летней межени в связи с потерей проточности развивается био-масса водорослей до 5-15 кг/м . По данным УралНИИВХ для предупреждения интенсивного развития водорослей достаточна скорость течения 0,5-0,6 м/с. Развитие фитопланктона прекращается при прозрачности 7-10 см по диску Секки. При скорости течения ниже 0.3 м/с и глубинах менее 2,5 м происходит интенсивное зарастание водоёмов высшей водной растительностью [139]. Наиболее интенсивное цветение воды в летний период автором было отмечено на Троицком водохранилище (Соль-Илецкий район), Боровском водохранилище (Грачёвский район), Крутеньковском водохранилище (Бузулукский район), Свечковском пруду (Акбулакский район), Ириклинском водохранилище (Новоорский район). В таблице 7 приводятся данные результатов анализов проб воды по азоту и фосфору, выполненных в лаборатории управления эксплуатации Ириклинского водохранилища.
Проблема типологии искусственных водоёмов
Расположенные в пределах степной зоны Оренбургской области искусственные водоёмы различаются по параметрам, режимным характеристикам, направлению хозяйственного использования и воздействию на прилегающие ландшафты. Для решения вопросов проектирования, создания и эксплуатации, детальной оценки ландшафтного разнообразия аквальных комплексов нами сделана попытка провести типологию искусственных водоёмов. Эта проблема рассматривалась в работах А.Б. Авакяна, В.П. Сал-танкина, М.А. Фортунатова, В.А. Шарапова (1979), В.Б. Михно и А.И. Доброва (2000), Ф.Н. Милькова (1986), В.А. Николаева (1979) и ряда других учёных.
Для анализа структуры искусственных водоёмов мы попытались провести типологию аквальных комплексов, выделяя внутри типа роды и виды. Род по выражению Ф.Н. Милькова (1970) отражает литогенную основу и рельеф, а вид - характер растительного покрова. Для Оренбургской области нами выделено пять типов искусственных водоёмов. Основные особенности, характеризующие каждый тип, отражены в таблице 8.
Это водохранилища с площадью зеркала более 5 км и объёмом более 10 млн. м3. К этому типу относятся Ириклинское, Верхне-Кумакское, Красночабанское, Черновское водохранилища. Они имеют удлинённую форму по долине и руслу реки. Сложная ландшафтная организация предопределяет наличие разнообразных берегов и аквальных урочищ, составляющих тип местности. Вследствие значительных глубин высшая водная растительность формируется узкими секторами по мелководьям и верховьям заливов. Из всех изученных водоёмов водохранилища данного типа составляют 5%.
Примером данного типа может служить Черновское водохранилище, расположенное на реке Чёрной в 80 км к западу от города Оренбурга и в 12 км южнее села Краснохолм (рисунок 5).
Плотина водохранилища расположена на среднем участке реки между с. Краснохолм и пос. Димитров. Водохранилище вытянуто с юга на север. При нормальном подпорном уровне, составляющем 92,5 м его площадь со-ставляет 126 км с объёмом воды 52,7 млн. м . Наибольшая глубина составляет 13 метров, средняя - 4,7 м. В пределах водохранилища нами выделено 6 аквальных урочищ, 6 типов берегов и 5 типов местностей. Местности склонов и наклонных участков террас, сложенных суглинками и песчаниками с разной степенью эродированности с чернозёмами среднегумусными: 1 - урочище крутых склонов; 2 - слабонаклонные участки террас; 3 -покатые склоны; 4 - плакорные участки с уклоном 1-3 ; 5 - задернованный склон искусственного вала - плотины; Типы берегов: 6 - низко-абразионные обвально-осыпные берега в песчаных отложениях, со слабо развитым растительным покровом; 7 - абразионные обвально-осыпные берега в суглинках, со слабо развитым растительным покровом; 8 - берега прибалочных участков с уклоном более 10 , расчленённых ложбинами стока с полынково-разнотравным растительным покровом; 9 -берега прибалочных участков с уклоном от 5 до 10 , расчленённых ложбинами стока с разнотравно-луговой растительностью; 10 - песчано- или илисто - аккумулятивные берега с развитой прибрежно-водной растительностью; 11 - высоко-абразионные берега, сложенные красноцветными песчаниками; Аквальные комплексы пруда: - урочище мелководий в верховьях глубиной до 1 м с хорошо развитой воздушно-водной растительностью; 13 — урочище средних глубин (2-5 м) с развитой водной растительностью; 14 - урочище глубоководий (более 5 м) с развитием придонных организмов; 15 — урочище пологих подводных склонов с развитой водной растительностью; 16 - урочище покатых подводных склонов с неразвитой водной растительностью; 17 — урочище мелководий в центральной части с илистым дном и земноводной растительностью.
Верховья и некоторые участки центральной части водохранилища образуют илистые мелководья, а прибрежную полосу заливов - песчаные мелководья. В пределах этих зон активно развивается воздушно-водная и земноводная растительность, представленная рогозом узколистным, сусаком зонтичным, горцем земноводным, жерушником земноводным, камышом Табернемонтана, стрелолистом плавающим, камышом морским, час-тухой подорожниковой и другими видами.
Водные массы в этой зоне характеризуются хорошим летним прогреванием и активным перемешиванием верхних и нижних слоях воды под воздействием волнения.
Урочища пологих и покатых склонов занимают вдольбереговое положение общей площадью 124, 2 га. На пологих склонах с илисто-песчаным дном на глубине до 2 метров отмечен рдест гребенчатый, на покатых склонах на глубине до 3 метров развивается рдест пронзеннолистный.
Урочища средних глубин площадью 409,32 га выделены в центральной части среднего плёса и в виде узкой полосы в приплотинном плёсе. Средняя глубина составляет более 4 метров. Небольшими растительными группировками отмечен рдест пронзеннолистный. Урочища средних глубин характеризуются равномерным соотношением фито - и зоопланктона, бентоса и ихтиофауны.
Для урочища глубоководий площадью 493,2 га в приплотинном плёсе по руслу и пойме реки характерна чётко выраженная стратификация вод ной массы и неравномерное распределение бентосных организмов и ихтиофауны.
Зона временного или периодического затопления с развитой прибреж-но-водной растительностью выделена в верховьях Черновского водохранилища. В отдельные годы её ширина может достигать несколько десятков метров. Для неё характерны пологие склоны, крутизной не более 2-3. На речном аллювии отмечен илистый слой мощностью до 20 см, на котором получила развитие прибрежно-водная флора представленная полевицей побегоносной, дербенником иволистным, зюзником европейским, лапчаткой гусиной и другими видами.
К данному типу относятся малые водохранилища с площадью от 1 до 5 км и объёмом от 1 до 10 млн. км : Ушкоттинское, Домашкинское, Ел-шанское, Боровское и др. В ландшафтной структуре аквального геокомплекса выделяется до пяти урочищ: прибрежное мелководье глубиной до 1 м, илистое верховье глубиной до 0,5 м, покатый или пологий склон, урочище средних глубин от 1 до 3 м, глубоководье в приплотинной части и по затопленному руслу реки глубиной более 3 м. К этому типу относятся сла-бозаросшие водоёмы с многолетним регулированием стока. Из изученных водоёмов данный тип составляет 16%.
Проблема взаимодействия водно-антропогенных геосистем с ландшафтами побережий
В процессе проведения полевых исследований было установлено, что воздействие искусственных водоёмов на ландшафты побережий проявляется в различной степени в зависимости от типа аквального комплекса и структурных особенностей береговых природно-территориальных комплексов. Степень изменения прилегающих ландшафтов снижается по мере удалённости от водоёма.
С созданием искусственных водоёмов природный ландшафт преобразуется в антропогенный [89]. В результате строительства Ириклинского, Черновского, Сорочинского, Верхне-Кумакского, Красночабанского водохранилищ были полностью трансформированы ландшафты пойменного типа местности в верховьях и нижних бьефах и изменены условия формирования прибрежных природных комплексов в зоне влияния водоёмов. С созданием водохранилищ проявляются зоны микроклиматического, гидродинамического, гидрогеологического воздействия, ареал влияния которых достигает более 1 км. С уменьшением размеров искусственных водоёмов значительно сокращается ареал их воздействия на ландшафты.
Как отмечает В.Б. Михно [104, 105], побережья прудов и водохранилищ формируются в условиях совместного гидродинамического, гидрогеологического и микроклиматического влияния. В результате такого наложения зон степень изменения прибрежных ландшафтов становится наиболее высокой. С удалением от водоёма ландшафтные комплексы перестают испытывать в первую очередь гидродинамическое, затем гидрогеологическое и, наконец, микроклиматическое воздействие. Наиболее ярко это проявляется в пограничной полосе между водной и наземной средой, представляющей экотон.
В современной науке существует много различных определений понятия экотон. Ф. Клементе (1928) экотон определяет как переходное пространство между фитоценозами, обладающего специфическими свойствами, повышенным биоразнообразием и обилием организмов [41]. Н. Ф. Реймерс под экотоном понимает «переходную полосу между физиономи-чески отличимыми сообществами» [116]. В нашем понимании экотон рассматривается как переходная полоса между водно-наземной средой, образующаяся под влиянием гидродинамического, биологического, литологи-ческого и других факторов - ландшафтный экотон [41]. Ширина ландшафтного экотона различна в зависимости от типа водоём, характера береговой полосы водоёма, от высоты, и ландшафтов побережья, испытывающих влияние искусственных водоёмов [49, 57].
В связи с проблемой взаимодействия аквально-наземных геосистем, в пределах ландшафтного экотона с одной стороны и антропогенной нагрузке - с другой нами дана оценка влияния водохранилищ на формирование береговой линии, флоры водоёмов и изменение микроклиматических условий.
Интенсивность и характер формирования берегов неодинаковы на различных участках прудов и водохранилищ. Динамика берегов и дна определяет многие особенности эксплуатации водохранилищ, строительства и хозяйственного использования его берегов [87,90].
Средняя зона по интенсивности воздействия на берег сходна с припло-тинной, однако при сработке уровня глубины уменьшаются, зона становится более мелководной, и поэтому волновая переработка берега происходит значительно медленней, чем в предыдущей зоне. Верхняя зона мелководна при НПУ, в связи с чем интенсивность переработки берега невелика: здесь откладывается значительная часть наносов и формируется прибрежная отмель.
Формирование берегов зоны выклинивания подпора определяет речная эрозия или аккумуляция; роль волновых процессов невелика. Зона небольших заливов формируется под воздействием склоновых процессов в результате быстрого их заполнения материалом сносимым с берега.
Геологическая деятельность искусственных водоёмов обусловлена абразией, транспортом и аккумуляцией наносов. В искусственных водоёмах абразия активизирует выветривание, овражную и склоновую эрозию, оползни, карст [27, 28]. В условиях искусственных водоёмов Оренбургской области интенсивно проявляется новый процесс, определивший развитие берегов — формирование высшей водной растительности.
С.Л. Вендров [26] выделил 10 факторов как местных, так и «интегральных», связанных с динамикой берегов. На основании материалов, полученных в результате полевых экспедиционных исследований, мы попытались обобщить и систематизировать основные факторы, влияющие на береговые процессы в условиях степной зоны Оренбургской области. Установлено, что факторами, способствующими разрушению берегов, являются: первоначальный до затопления рельеф ложа искусственных водоёмов, характер слагающих пород и сопротивляемость их размыву, гидрометеорологические условия, определяющие геодинамические процессы, химическая абразия, вызывающая развитие карстовых процессов, развитие растительности, амплитуда колебаний уровня, сроки замерзания водоёмов.
По нашим наблюдениям на стадии динамического равновесия водоёмов ведущими являются геодинамические процессы и амплитуда колебаний уровня воды в водохранилищах. Геодинамические процессы наиболее интенсивно проявляются на Ириклинском, Сорочинском, Черновском, Крас-ночабанском, Мендыбаевском, Верхне-Кумакском водохранилищах. Вследствие характерных для Оренбургской области сильных и продолжи тельных ветров, скорость которых достигает до 20 м/сек, на Ириклинском водохранилище возможно образуются волны высотой до 1,5 метров, активизирующие береговые процессы.
Значительные амплитуды уровня воды на Сорочинском, Черновском, Ириклинском водохранилищах также в значительной степени оказывают влияние на формирование берегов.
Для Ириклинского водохранилища наибольшая амплитуда сработки в зимний и весенний период составляет около 3 м [46]. В результате чего лёд, в который вмерзают горные породы, перемещается вниз и происходит механическая абразия стабильных берегов. Наиболее легко подвергаются абразионным процессам берега, сложенные рыхлыми породами - глинами, суглинками, песками, величина переработки которых по градиенту высоты составляет от 1 - 5 до 10 метров. Интенсивность переработки берегов по горизонтали достигает до 2 метров в год (Черновское, Сорочинское водохранилища).
Наблюдения за переработкой береговой линии водохранилищ степной зоны Оренбургской области позволили нам установить, что абразионные процессы наиболее интенсивно протекают на береговых склонах с крутизной более 4, слабо задернованных, сложенных лессовидными суглинками, песками, алевролитами. Этими процессами охвачены склоны берегов Со-рочинского, Черновского, Ушкотинского, Ириклинского, Красно-Чабанского, Верхне-Кумакского водохранилищ, исключая их верхние части. В соответствие с проектами водоохранных зон для Сорочинского водохранилища ширина переработки берега в некоторых местах достигает 28 м, Ириклинского — 35 м, Черновского - 18 м. На этом расстоянии здесь сформировались абразионные обвально-осыпные типы берегов. В урочищах пологих, хорошо задернованных склонов абразионные процессы не проявляются.
