Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Судоходные каналы, их влияние на экосистему таганрогского залива (постановка проблемы, состояние её изученности) 11
1.1 Распространение и назначение каналов 11
1.2 Заносимость и проблема ремонтного дноуглубления 15
1.3 Дампинг и его экологические последствия 22
1.4 Основные характеристики и режим эксплуатации Таганрогского подходного канала 25
1.4.1 Общие сведения о Таганрогском портовом комплексе 26
ф 1.4.2 Эксплуатационные характеристики канала 28
1.4.3 Заносимость канала и дноуглубительные работы 29
1.4.4 Подводные отвалы грунта 31
1.5 Современное состояние изученности влияния судоходных каналов на экосистемы 32
ГЛАВА 2. Геоэкологические особенности, определяющие условия судоходства в районе таганрогского подходного канала 35
2.1. Геоморфологические условия побережья и подводного склона, рельеф дна 35
2.2. Литология донных отложений 42
2.3. Погодно-климатическая характеристика
2.3.1 Циркуляционные факторы климата 47
2.3.2 Ветровой режим 49
2.4. Гидродинамические условия 52
2.4.1 Волнение 53
2.4.2 Колебания уровня 57
2.4.3 Течения 59
2.5 Экологическое состояние бассейна 70
2.5.1 Соединения тяжелых металлов 71
2.5.2 Нефтепродукты в воде и осадках района 78
2.5.3 Состояние водных биоценозов и оценка экологической обстановки 84
ГЛАВА 3. Современная экологическая ситуация на таганрогском подходном ц. канале и мониторинг его ремонтного дноуглубления 91
3.1. Характеристика донных отложений, накапливающихся в прорези канала 91
3.2 Современное состояние свалки №956 97
3.3 Мониторинг состояния природного комплекса в процессе эксплуатации каналов 2000-04 гг 1 3.3.1 Программа мониторинга дноуглубления и дампинга на ТПК 101
3.3.2 Данные мониторинга 2000 г 103
3.3.3 Данные мониторинга 2001 г 119
3.3.4 Данные мониторинга 2002 г 128
3.3.5 Данные мониторинга 2003 г 139
3.3.6 Данные мониторинга 2004 г 152
3.3.7 Выводы по результатам мониторинга за пять лет 163
ГЛАВА 4. Экологические проблемы эксплуатации судоходных каналов и варианты их оптимального решения 166
4.1. Загрязнение при разработке грунтов в прорези канала 166
4.2 Определение мест расположения отвалов, их морфологии и параметров 167
4.3 Дноуглубление и дампинг на мелководьях и особенности мониторинга 173
4.4 Изменения ветровой ситуации и литодинамические последствия 175
4.5 Береговые отвалы как альтернативные варианты складирования грунтов: мнимые преимущества и реальные возможности 178
4.6 Особенности заносимости и дноуглубления, а также "происхождения" загрязнения грунтов в зависимости от морфологического типа канала 185
4.7. Об экологических последствиях дноуглубления и дампинга при строительстве новых каналов 188
Заключение 200
Литература
- Заносимость и проблема ремонтного дноуглубления
- Циркуляционные факторы климата
- Мониторинг состояния природного комплекса в процессе эксплуатации каналов 2000-04 гг
- Изменения ветровой ситуации и литодинамические последствия
Введение к работе
Актуальность работы обусловлена постоянно возрастающей интенсивностью судоходства на мелководьях, ожидаемым в ближайшей перспективе его усилением в Азовоморском бассейне, и, с другой стороны, напряженной экологической ситуацией в его акватории. Кроме того, необходимость исследования данной проблемы определяется возрастающей напряженностью во взаимоотношениях судоходства с другими отраслями хозяйства, развивающимися в береговой зоне. Эти мотивы определяют необходимость комплексного изучения взаимовлияния компонентов природной среды и судоходства с целью выявления экологически оптимального их соотношения. Наряду с теоретической, очевидна прикладная значимость такого рода работ, предоставляющих информацию, позволяющих разработать конкретные рекомендации по минимизации негативного воздействия судоходства на прибрежные экосистемы. Результаты разработки данной проблемы являются важнейшим основанием для разрешения конфликтов во взаимоотношениях судоходства с другими отраслями хозяйства.
Цель и задачи работы. Целью данного исследования является выявление взаимовлияния и оптимальных соотношений условий эксплуатации каналов с учетом экологически значимых природных и техногенных факторов.
Поставленная цель определила решение основных задач исследования:
постановка и определение путей решения проблемы оптимальных экологических условий сооружения и эксплуатации судоходных каналов;
определение условий рационального взаиморасположения прорезей каналов и подводных отвалов грунта на основе моделей разноса;
постановка и обсуждение причин повышенного загрязнения грунтов, накапливающихся в канале;
выявление особенностей экологических последствий гидротехнических работ при строительстве новых каналов в сравнении с ремонтным дноуглублением;
Материалы и методы. В основу диссертации положены материалы природно-экологического обоснования подводной свалки грунта Таганрогского подходного канала (ТПК) № 956, выполненного в 2000 г и результаты мониторинга дноуглубления и дампинга на ТПК в течение 2000-2004 гг., в которых автор принимал непосредственное участие. В соответствии с действующими нормативами и ежегодной программой, мониторинг
включал 15 повторных ежесезо
"ту 1^»«ЛЧ (дрго^пяя, ЛеТНЯЯ РОС. НАЦИОНАЛЬНА* I
и осенняя) на 6 станциях в обрамлении свалки, включающих комплексное исследование загрязнения воды и донных отложений, состава и биопродуктивности фито- и зоопланктона. Также при исследованиях впервые было применено моделирование разноса грунтов с подводной свалки течениями, разработанное при участии автора. Кроме того, в работе использованы фондовые данные Ростовского госуниверситета, Таганрогского морского порта, а также АзНИИРХ, Северо-Кавказского управления гидрометеослужбы.
Научная новизна. В региональном аспекте научная новизна работы заключена в том, что для акватории Таганрогского залива:
выполнена оценка влияния природных факторов района Таганрогского подходного канала на условия его сооружения и эксплуатации;
представлены и оценены материалы о современном состоянии экосистемы района расположения ТПК, а также данные мониторинга его дноуглубления и дампинга;
исследованы гидроклиматические причины изменения динамики заносимости ТПК с конца 90-х гг.;
рассмотрена проблема размещения материала дампинга в акватории залива и альтернативного берегового складирования.
Основные защищаемые положения:
-
Таганрогский подходной канал относится к поперечным судоходным каналам, заносимость которых в прибрежной зоне обусловлена, в первую очередь, вдольбереговым перемещением наносов, а в морской - накоплением материала из взвеси и, вероятно, продольным «стоковым» движением материала по каналу.
-
Важнейшим условием экологически оптимальной эксплуатации судоходных каналов на мелководьях является выбор мест подводного складирования материала дноуглубления, которые должны исключать возврат материала в прорезь и определяться на основе моделирования его разноса течениями.
-
Повышенная загрязненность отложений, накапливающихся в канале, связана с концентрацией терригенного материала тонких фракций, которые, как известно, наиболее обогащены загрязняющими веществами. Они отлагаются в прорези канала в основном со взвесью в результате падения скорости и увеличения турбулентности водных масс на участке переуглубления дна.
« , 4
-
Роль судоходства (собственно, движения судов) в загрязнении отложений, накапливающихся в каналах, в настоящее время корректно не определена, и, как правило, завышена. Об этом, в частности, свидетельствуют повышенные концентрации в них практически всех загрязняющих веществ, в том числе - ряда металлов и других веществ, происхождение которых явно не может быть связано с судоходством.
-
Береговое складирование материала дноуглубления как альтернатива подводному на побережье Таганрогского залива в современных природно-экологических и хозяйственно-экономических условиях представляется нерациональным. Практическая значимость. Выводы и заключения по ре-
! зультатам мониторинга используются при ежегодном обоснова-
нии и получении разрешения на дальнейшие ремонтные дноуглубительные работы на ТПК. Методика моделирования контура
[ разноса материала дампинга применяется на ТПК и рекомендо-
вана для каналов как в Азовоморском, так и других мелководных бассейнах. Выявлены и внесены в паспорт ТПК причины изменения динамики заносимости в связи с изменениями ме-тео- и гидродинамических условий, влияющих на определение объёмов и оптимальных календарных планов ремонтного дноуглубления. Изученные особенности дноуглубления и дампинга на ТПК использованы при разработке долгосрочной программы мониторинга его эксплуатации. Материалы и выводы диссертационной работы применяются при подготовке студентов по специальности «геоэкология» в Ростовском государственном университете в учебных курсах «Экология береговой зоны», «Природные особенности и экологические проблемы побережий», «Проблемы географии Мирового океана», «Экологическое проектирование и экспертиза», «Экология водных объектов».
Апробация работы и публикации. Основные результаты и защищаемые положения работы изложены в опубликованных статьях и тезисах, перечисленных в списке работ по теме. Они также докладывались и обсуждались на научных конференциях «Россия на пороге нового тысячелетия: проблемы, тенденции, модели» (РГЭА, 2000) и «Региональные экологические вопросы» (РГЭА, 2005), на Региональном Совещании по вопросам дноуглубления и СНО (ЦПКТБ «Стапель», 2005), на НТС МАП Таганрогского порта, заседаниях кафедры физической географии, экологии я охраны природы РГУ. Использованные в работе материалы и полученные выводы представлены Морской администрации порта Таганрог, а также региональным контролирующим природно-охранным органам в ежегодных отчётах о мониторинге, природно-экологических
обоснованиях, оценках воздействия на природу (ОВОС) объектов Таганрогского портово-судоходного комплекса. По теме диссертации опубликованы 6 научных статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы 209 страниц, включает 100 таблиц и 9 рисунков. Список литературы содержит 117 наименований.
Заносимость и проблема ремонтного дноуглубления
К речным относятся каналы, прорытые в руслах рек к устьевым портам. Классификация каналов по перечисленным признакам может относиться как ко всему каналу в целом, так и к отдельным его частям. Так, например, Таганрогский и Азово-Донской каналы классифицируются как морские каналы, в то же время Таганрогский канал является подходным.
По пропускной способности каналы различаются показателями проектного и фактического судооборота в обоих направлениях, выраженными количеством пропускаемых судов и их нетто регистровым тоннажем. По размерам поперечного сечения и высотам надводных переходов (мосты, линии электропередач и др.) каналы регламентируют максимально допустимую осадку пропускаемых судов, максимально допустимую высоту надводных габаритов судов, режим пропуска расчетных судов (каналы одностороннего или двустороннего движения). Каналы двустороннего движения могут иметь достаточную ширину либо по всей длине для расхождения встречных судов в любом пункте, либо уширение в нескольких пунктах для ожидания пропуска встречных судов. По длительности навигационного периода каналы подразделяют на незамерзающие, замерзающие (которые, в свою очередь подразделяются по продолжительности навигационного периода на каналы с неограниченным навигационным периодом и с использованием ледокольного флота) и с ограниченным навигационным периодом. По характеру грунтов, выделяют каналы, имеющие ложе глинистое или суглинистое, песчаное или супесчаное, илистое, каменистое или скальное.
Соединительным каналом называют искусственный водный путь, проложенный между двумя бассейнами с целью сокращения пути следования судов. Трассу соединительного канала обычно прокладывают либо по проливу с недостаточной естественной глубиной, либо через сушу по перешейку или водоразделу между соединяемыми бассейнами. Подходными называются каналы, сооруженные для захода судов в порт и выхода из него. В зависимости от расположения порта относительно моря трасса подходного канала может проходить через прибрежную отмель, бар, залив, лиман, речное русло и сушу (Власов, Ирхин, Зеньковский 2001).
Основные морфологические характеристики канала: трасса, ширина, глубина, крутизна откосов бровок. Основным лимитирующим элементом канала является его глубина; при ее назначении не обязательно ориентироваться на максимальную осадку судна. Для судов наибольшего размера могут быть организованы рейдовые причалы или разработаны специальные технологические схемы их обработки.
Все морские каналы подвержены заносимости, интенсивность которой может быть такой, что требует проведения ремонтных дноуглубительных работ на канале несколько раз в навигационный период. Рост тоннажа транспортного флота вызывает рост ремонтных и капитальных дноуглубительных работ. Проблема удаления больших масс грунта, извлекаемого при дноуглублении, осложняется требованиями охраны окружающей среды. При выборе мест отвалов грунта в первую очередь необходимо стремиться максимально сохранить биоресурсы акватории и обеспечить полную охрану здоровья человека. Большие объемы и высокая стоимость дноуглубительных работ требуют высокого качества проведения гидрографических и гидрологических исследований при проектировании дноуглубления.
Оценка ущерба водным, биологическим ресурсам и рыбным запасам должна определяться на стадии технико-экономического обоснования проекта канала и учитывать: характеристику загрязненности извлекаемых грунтов по химическим и биологическим показателям; состояние среды кормовой базы и ихтиофауны в районе дампинга — отвала грунта; оценки отрицательного влияния дноуглубления и дампинга на окружающую среду; мероприятия по предотвращению и снижению ущерба; мероприятия по компенсации неустраняемого ущерба.
Трасса канала определяется расположением оси канала. Исходными точками трассы соединительных каналов являются входные участки в водоемы. У подходных каналов начальной точкой является вход в порт, конечной - участок моря, где имеются глубины, необходимые для выхода из канала. Выбор трассы представляет наиболее сложную задачу, готовых решений которой не существует, так как выбор трассы зависит от топографии местности, рельефа морского дна, геологических и гидрологических условий. Трасса канала и его размеры должны удовлетворять эксплуатационным и технико-экономическим требованиям, а также условиям производства работ при капитальном, восстановительном и ремонтном дноуглублении. Эксплуатационные требования к каналу и его трассе направлены на обеспечение удобства и безопасности прохода судов по каналу, а также его необходимой пропускной способности. Технико-экономические требования сводятся к минимизации затрат на капитальное и ремонтное дноуглубление.
При выборе трассы канала следует руководствоваться следующими положениями: трасса должна быть по возможности прямолинейна, проходить по кратчайшему пути и по наибольшим глубинам; направление трассы должно быть близким к направлению господствующих по частоте ветров и течений (в тех случаях, когда по условиям местности трассировка канала в направлении господствующих ветров и течений невозможна, приходится ограждать канал защитными сооружениями); трасса должна быть увязана с планом порта с учетом обеспечения наивыгоднейшей компоновки оградительных сооружений, с возможностью перспективного развития порта; углы поворота трассы не должны быть острыми; радиусы закругления должны обеспечивать проход по нему наибольшего по длине судна (в современных каналах радиус закругления назначается не менее 3000 м); на участках, примыкающих к воротам порта и за воротами при отсутствии маневровой акватории, повороты не допускаются на расстоянии не менее длины тормозного пути расчетного судна.
Трассу канала в устьевом участке реки следует прокладывать по рукаву с наименьшими по сравнению с другими рукавами расходами воды и наносов в период высоких паводковых вод (Башкиров, 1961). Следует избегать прорытия канала в малоустойчивых илистых грунтах. На выходе из устья направление барового канала должно совпадать с направлением русла реки, а далее трасса должна ориентироваться в направлении господствующих ветра и течения.
Дно неогражденного канала на всем протяжении делается горизонтальным. Дно огражденного канала, проложенного в устьевом участке реки, проектируется горизонтальным, если естественный уклон водной поверхности не более 0,001%. При наличии заметного уклона свободной поверхности реки дну канала придается уклон, равный уклону свободной поверхности.
Трасса внутренних каналов прокладывается с наибольшим использованием естественных впадин и водоемов.
Ширина канала назначается в зависимости от принятой схемы движения судов, одностороннего или двустороннего движения. Ширина канала измеряется по дну на уровне навигационной глубины.
Циркуляционные факторы климата
Основными факторами, определяющими геоморфологические условия Таганрогского залива, являются геолого-геоморфологическое строение берегов и дна, динамика вод, а также антропогенные преобразования в бассейне Азовского моря: зарегулирование стока Дона и малых рек, изъятие песчано-ракушечных отложений, дноуглубительные работы в портах и каналах, создание берегозащитных сооружений и др. Масштабы деятельности человека в Таганрогском заливе сопоставимы в настоящее время с природными факторами, а на локальных участках являются даже определяющими.
Северное побережье Таганрогского залива, в пределах которого располагается канал, занимает часть окраинной зоны Восточно-Европейской платформы с допалеозойским складчатым фундаментом, глубина залегания которого находится на абсолютных отметках -400-700 м. Западнее г. Таганрога простирается Приазовский массив, представляющий сложное докембрийское сооружение. Этот массив разбит разломами субширотного и субмеридионального простирания на ряд блоков, испытавших дифференцированные движения в неоген-четвертичное время (Шнюков, 1974). К субмеридиональным нарушениям относятся Таганрогский, Миусско-Натальевский, Мокроеланчиковский и др., определившие заложение речных долин северного Приазовья, высоту береговых обрывов, их строение. Среднегодовая скорость голоценовых движений в прибрежной полосе Таганрогского залива изменяется от 0 (район Ростовского поднятия) до - 2 мм/год. Современные вертикальные колебания в районе характеризуются опусканиями земной поверхности с интенсивностью от -0,5 до -1,1 мм/год (Панов, 1965).
В связи с относительной приподнятостью берега Таганрогского залива, особенно его восточной части, в основании обрывов часто обнажаются нижне-и среднесарматские, понтические, меотические песчано-глинистые породы и известняки, хапровские пески и скифские глины. Перекрываются они четвертичными лессовидными суглинками. Особенностью геологического строения побережья является наличие древнеэвксинской морской террасы, прослеживающейся непрерывно от с. Бессергеновка до Миусского лимана и отдельными фрагментами - западнее его (Шнюков, 1974).
Литологические особенности пород, слагающих берега, определяют их морфологию, характер и интенсивность динамических процессов, состав наносов пляжей, их мощность, а также осадки подводного склона.
Неогеновые песчано-глинистые отложения береговых обрывов способствуют развитию абразионно-оползневых процессов. Абразионный тип берега приурочен к выходам лессовидных суглинков и скифских глин, когда эти породы слагают клиф и основания обрывов.
Морфоструктура материковой отмели-шельфа является областью почти полной компенсации поднятий и опусканий процессами денудации и седиментации. Акватория Таганрогского залива в морфоструктурном отношении приурочена к аккумулятивным равнинам шельфа в пределах платформ (Хрусталев, 1974).
На побережье развит денудационно-аккумулятивный рельеф преимущественно флювиально-делювиального генезиса. По своим морфологическим характеристикам это полого-увалистый долинный и овражно-балочный рельеф, сложенный суглинками, лессами, сыртовыми глинами и песками. По своим морфометрическим показателям рельеф равнинный, ниже 200 м н.у.м., глубина вертикального расчленения достигает 75 м. Возраст рельефа - плиоценовый (Щербаков, 1966).
Бассейны рек северного Приазовья (Мокрый Еланчик, Миус, Самбек) расположены целиком в зоне степей. Все реки небольшие и маловодные. В верховьях уклоны превышают 1 %, достигая на Миусе 4 %, к устьям снижаются до 0,2 % (Симов, 1989). Русла рек в верховьях адаптированные, в нижних частях - широкопойменные. Устье р. Миус оканчивается лиманом.
В. А. Мамыкиной и Ю. П. Хрусталевым (1980) проведено обобщение всех известных сведений, касающихся морфологии и динамики берегов Азовского моря. Характеристика береговой полосы, основываясь на их материале, выглядит следующим образом.
Пляжи развиты повсеместно. Ширина их изменяется от 3-4 мус. Петрушино до 18м. у с. Н.Лакедемоново. В устьевых частях крупных балок ширина пляжа увеличивается у с. Боцманово и с. Русская Слобода до 20, у с. Н.Лакедемоново - до 20-30 м. Средние уклоны песчаного пляжа 0,27. Мощность отложений 0,4-0,5м.
В верхней части подводного склона многих пляжей выработана ложбина с глубинами 0,3-1-1,2 м, удаленная от уреза на 20 м. С морской стороны она ограничена подводным валом. Крутизна склона ложбины (до 0,2) способствует накоплению здесь грубообломочного материала (гравия, гальки и даже валунов), выносимого с пляжа обратным потоком. Такое строение верхней части подводного склона имеют преимущественно пляжи, обладающие значительной мощностью наносов, и почти не встречается на глинистых бенчах.
Отложения пляжа - хорошо сортированный, среднезернистый, кварцевый песок (Md = 0,32; S0 =1,24). В гранулометрическом составе преобладают среднезернистая (70-78%) и мелкозернистая (20-25%) фракции (Логвиненко, Ремезов, 1963). Среднезернистая песчаная фракция обнаружена в береговых пробах древнеэвксинской террасы, в небольшом количестве этот материал поступает из абрадируемой современной террасы между с. Новобессергеновка и с. Дмитриадовка. Среднезернистый песок может также выноситься из размываемых аккумулятивных тел (косы Петрушина, Золотая), однако в целом питание пляжей этой фракцией обеспечивается поступлением материала из абрадируемых береговых клифов.
В средней части описываемого участка подводный береговой склон до глубины 0,5 м сложен хорошо сортированным (S0 =1,2) мелкозернистым песком (Md = 0,12-0,18). Содержание мелкозернистой песчаной фракции в пробах достигает 90-99,5% (с. Веселое), к западу и востоку уменьшается -Ново-Лакедемоново - 64,9%, коса Петрушина - 57%. Количество среднезернистой песчаной фракции в донных пробах, наоборот, увеличивается в западном (с. Ново-Лакедемоново - 17,4%) и восточном направлении (к. Петрушина- 13,6%) (Мамыкина, Хрусталев, 1980).
На глубине 1 м доля мелкопесчаной фракции снижается - 6-61% (с. Р.Слобода, с. Веселое). Получают большое распространение в пробах мелкоалевритовые (до 45%) и крупноалевритовые частицы (до 45%). По сравнению с 0,5 м глубиной сортировка отложений ухудшается.
Малые аккумулятивные формы характеризуемого отрезка берега - косы Петрушина, Безымянная, Ляпина и др. - созданы разнонаправленными миграциями наносов, и своей морфологией отражают преобладание тех или иных направлений миграции для определенных участков берега.
Как для крупных, так и для малых аккумулятивных форм большое значение в динамике подводного склона имеют сгонно-нагонные колебания уровня. Повторяемость сгонного понижения уровня больше нагонного, и их роль в формировании рельефа береговой зоны Таганрогского залива особенно велика. Осушки подводного склона кос при понижении уровня 0,5-1,0 м достигают 500 - 1000 м. Сгоны и нагоны такой величины создаются ветрами 5 -6 м/сек и более. При скорости ветра 10-15 м/сек, амплитуда колебания уровня может превышать 2-3 м. Подсчет объемов аккумуляции на косах северного берега залива (Панов, Спичак, 1961) показывает, что ежегодное поступление материала за время их формирования составляло 10-12 тыс. м3 .
Важнейшими элементами рельефа северной части залива являются подводные продолжения кос - "россыпи", оконтуренные изобатами 1-3 м, и ориентированные к юго-западу, западу и югу (Щербаков, 1961; Мамыкина, Хрусталев, 1980). Их современные контуры часто не согласуются с морфологией надводных частей кос. Их современное расположение также проблематично. Не исключено, что это реликтовые формы рельефа, местоположение которых определено литодинамическими процессами прежних геологических эпох. Строение подводного берегового склона Таганрогского залива помимо структурно-геоморфологических особенностей связано с развитием того или иного типа берега. Для анализа строения подводного берегового склона автором была использована таблица уклонов дна, составленная по результатам промеров за различные годы (табл. 2.1). В ней показано изменение уклонов дна на различных участках побережья от уреза и до глубин 2-3 м.
Мониторинг состояния природного комплекса в процессе эксплуатации каналов 2000-04 гг
В настоящее время в Таганрогском районе имеется единственная свалка, имеющая официальный статус - № 956. Созданная в 50-х годах, она нанесена на навигационные карты и описана в лоциях. Северный край свалки расположен на глубинах около 2.6 м. По устным сообщениям сотрудников отдела гидротехнических сооружений порта, дампинг на эту часть свалки уже длительное время не осуществляется, в связи с её ограниченной доступностью из-за малых глубин. Следует подчеркнуть, что её удаление от берега, представляющего собой рекреационную зону (хотя и неорганизованную), составляет всего лишь около 1,5 км. Глубины на территории этой части свалки, изменяясь в интервале 2,2-2,5м, они едва достигают 3,0 м. вдоль её внешнего края. Свалка № 956, безусловно, вносит свой вклад в негативное влияние на экосистему района. При общем удовлетворительном состоянии, выявленном проведёнными исследованиями, она имеет ряд негативных свойств, в числе которых следует отнести расположение её северного края на глубинах всего 2,6-2,8 м. При сгонных ветрах они, уменьшаясь более чем на метр, создают условия для интенсивного размыва материала дампинга. Кроме того, эта часть свалки удалена всего на 2.0 км от городского берега. Наконец в результате длительной эксплуатации вокруг свалки, вероятно, сформировался довольно обширный ареал разноса материала дампинга.
Как известно, среди основных экологических показателей «качества свалки» важнейшими являются разнос материала и вторичное загрязнение. Ниже приведены их оценка для свалки №956.
Разнос материала дампинга. Среди негативных факторов дампинга одним из важнейших является разнос складируемого материала с территории свалки. Его следствием является заиливание прилегающих участков дна. В случае близкого расположения свалки происходит возврат части материала в прорезь углубляемого канала. Наибольшие негативные последствия вызывает быстрое (залповое) заиливание в процессе осаждения мутьевого облака возникающего при сбрасывании материала на свалку. Размеры облака зависят от глубины места сброса, количества жидкой фазы, гранулометрического состава грунта. Однако в условиях мелководного Таганрогского залива, когда грунт из баржи практически сразу, без ускорения поступает на дно, первичное облако взвеси невелико, и разнос материала в нём измеряется первыми сотнями метров, часто не выходя за пределы территории свалки. При оценке рыбохозяйственного ущерба обычно учитывается влияние охарактеризованной выше формы разноса.
В то же время, мелководность большинства свалок Азовского моря обусловливает постепенный размыв и разнос материала дампинга волновыми процессами (особенно при экстремальных волнениях, понижениях уровня) и придонными течениями. Поскольку этот процесс постепенный, заиливание не вызывает столь катастрофических последствий для донной фауны как при первичном взмучивании. Тем не менее, учёт направления разноса является важным звеном оценки условий дампинга, позволяя оценить направление движения материала, а также его возможное влияние на рельеф, литологию, гидрохимию и гидробиологию донных ландшафтов.
Оценка разноса материала дампинга для свалки №956 выполнена на основе моделей интегральных направлений течений, соответствующих ветрам основных румбов. Расчёт расстояний переноса производился практически для всего гранулометрического спектра частиц (до размерности 0,005 мм). Для расчёта принималась средняя скорость придонных течений, составляющая по натурным наблюдениям около 0,1 м/с. Учитывалась средняя длительность действия ветров, а также, на качественном уровне -влияние рельефа дна (движение вверх либо вниз по наклонной поверхности). Подробное изложение методики моделирования разноса материала с поверхности свалки рассмотрено в главе 4. В результате получены схемы разноса материала течениями, возникающими при различных гидрометеорологических обстановках (рис. 3.2). Естественно, интерпретация полученных схем требует учёта вероятности их возникновения, которая зависит от повторяемости соответствующих ветров. Судя по результатам моделирования, наиболее значим эффект разноса обусловленный течениями, создаваемыми ветрами восточной и западной четвертей.
Однако значительная удалённость свалки от подходного канала не создаёт реальной угрозы возврата материала дампинга в канал. Анализ всех приведённых схем с учётом современной природно-техногенной обстановки в районе показывает, что условия разноса на свалке №956 удовлетворительные.
Вторичное загрязнение. Характеристика загрязнённости грунтов, подлежащих разработке в подходном канале, показывает, что в процессе их дампинга следует ожидать вторичное загрязнение воды нефтепродуктами, и соединениями тяжелых металлов (прежде всего меди, молибдена, цинка). Это загрязнение сопровождается неизбежными негативными последствиями, прежде всего, нанося ущерб биоресурсам. Кроме того, целесообразным является контроль уровня вторичного загрязнения непосредственно в процессе дноуглубительных работ. В соответствии с природоохранными нормативами такой контроль осуществляется в рамках мониторинга, программа которого включает ежесезонные повторные съёмки на участках дампинга. Поскольку эта программа включает комплексные литохимические, гидрохимические и гидробиологические исследования, это позволит при наличии фоновых содержаний, получить прямые данные о вторичном загрязнении, связанном с дампингом грунтов.
Изменения ветровой ситуации и литодинамические последствия
Кроме того, хотя и не декларируется, но всегда предполагается, исключение возврата материала в прорезь канала, что является косвенным, но весьма существенным экологически значимым фактором, который обусловливает увеличение объема выемки, т.е. многократную повторную разработку грунта, перемещение его на отвалы и возвращение в канал. Нам известны случаи, когда неудачное расположение отвалов приводило к сверхплановым дноуглубительным работам, а, следовательно, к увеличению загрязнения акватории. В частности до 50-х годов прошлого века подводный отвал ТПК располагался к востоку от него, параллельно прорези канала. На протяжении этих лет заносимость канала значительно увеличивалась за счет того, что значительная часть материала дноуглубления легко возвращалась обратно в канал. Это происходило потому, что в период зимних штормов, как было показано в главах 2 и 3, в районе действуют наиболее интенсивные течения восточного направления, связанные с ветрами восточных четвертей, которые способствовали обратному переносу материала. Лишь после исследований Ростовского госуниверситета, показавших эту несложную, но весьма неблагоприятную зависимость, было принято решение о переносе свалки на её нынешнее место, т. е. к западу от подходного канала. Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что поиск и определение местоположения подводного отвала является главной задачей.
В практике наших научно-прикладных исследований, направленных на экологическое обеспечение дноуглубительных работ в Таганрогском подходном канале, была разработана и принята методика определения ареала разноса материала складирования на подводный отвал. Эту модель можно назвать логико-математической, поскольку частично в её основу заложена математически рассчитанная модель течений (модель Фельзенбаума). Однако определение ареала разноса не претендует на точную математическую модель, поскольку здесь сочетается использование как точных данных по направлениям и скоростям формирующихся течений, соответствующих различным ветровым ситуациям, с данными натурных наблюдений условий и масштаба разноса материала с подводной свалки. Использованная нами модель Фельзенбаума разработана в начале 80-х годов прошлого века, тем не менее, успешно используется до настоящего времени. Состоит она в том, что расчет течений, создающихся при той или иной аэродинамической ситуации, производится исходя из данных о глубинах на данной акватории, о направлениях и скоростях ветров. При этом рассчитываются поверхностные ветровые течения, которые трансформируются по мере увеличения глубины под воздействием внутренних трений, силы Кориолиса и пр. Разработанная в Ростовском университете на базе модели Фельзенбаума модель течений для Таганрогского залива (1985) к настоящему времени прошла весьма успешную практическую апробацию. Мы постоянно получаем подтверждения её применимости в процессе наших исследований. Кроме того, эта модель использовалась геоморфологических, инженерно-геологических, гидротехнических работах и исследованиях в береговой зоне Таганрогского взморья, где также показала свою высокую надежность и достоверность.
Для описания действия модели разноса остановимся на примере. Рассмотрим схему разноса материала с подводной свалки ТПК, формирующейся при действии ветров северо-восточного (азимут 45) направления (рис. 4.1). На схеме видно, что в различных частях подводной свалки формируется система разнонаправленных течений. В её северной части преобладают течения северного и северо-западного направлений, обеспечивающие движение материала по акватории свалки и к востоку от него. В южной части свалки формируются течения, направленные поперечно простиранию свалки, обеспечивающие разнос материала на восток, в данном случае наиболее опасном направлении, которое может обеспечить возврат материала в прорезь канала. Далее при разработке схемы мы исходим из наблюденных реальных масштабах переноса материала со свалки как ТПК, так и Азово-Донского и Ейского подходного каналов при том же интервале глубин и сходной гидродинамической ситуации. Многолетние наблюдения показывают, что на протяжении 5-10 и более лет мы не обнаруживаем материала перемещенного со свалки на удалении больше 1000-1200 м. Мы считаем, что это максимально возможное перемещение материала и связываем их с максимальными значениями скоростей перемещения. Т. е. такую дистанцию переноса мы присваиваем течениям, направленным в юго-восточном направлении в южной части свалки. Интерполируя это значение по направлениям по всему контуру свалки, мы намечаем контур возможного разноса материала. В данном случае активным, т. е. подвергающейся воздействию донных течений переносящих материал за пределы свалки, является западный контур северной части свалки и восточный и юго-восточный контур южной части свалки. Здесь мы намечаем контур возможного разноса материала. Далее, мы обращаемся к анализу длительности действия ветров тех или иных направлений на данной акватории. В нашем случае ветры северо-восточного направления являются преобладающими (см. гл. 2), их влияние на силу течения наиболее действенно, поэтому расстояние разноса будет максимальным. После этого, аналогичная процедура проводится по остальным восьми основным направлениям румбов. Далее, суммируя схемы по основным направлениям ветров, получаем так называемую интегральную схему разноса материала дампинга с подводной свалки грунта. Автор отдает себе отчет в том, что данная методика не является безупречной. В частности здесь не используются данные о точном переносе взвешенной частицы, которые иногда применяются при расчете ареала разноса материала, складируемого на подводный отвал, например, в условиях реки. Такие данные довольно широко применяются в случае определения заиливаемых территорий при гидротехнических работах на реках. Там в основу расчета положены уравнения Стокса о перемещении взвешенной частицы падающей в водной толще и переносимой продольным течением: asds = Г rotxadS Однако, теория описывает лишь мгновенное состояние течения среды или уже оформившийся вихрь, но весь процесс превращения ламинарного течения в вихревое практически еще не освоен теорией, хотя уже накоплен громадный экспериментальный материал (Прусов, 1994).
Считаем, что данная методика едва ли корректна для нашей ситуации, т. к. мы имеем дело с дифференцированной по вертикали системой течений. Здесь целесообразнее, как уже отмечалось в главе 3, оперировать интегральными схемами системы течений. Хотя их применение не всегда соответствует реальной обстановке, небольшие глубины акватории, а также натурные наблюдения убеждают нас в том, что здесь формируется однослойная модель течений. Однако наиболее точные данные получаются в результате натурных наблюдений, отражающих реальную обстановку на объекте исследования.
После того как схема разноса для подводного отвала получена, можно оперировать с определением его местоположения. Мы считаем, что с учетом возможных погрешностей применяемой методики, необходимо обеспечение двойного запаса дистанцирования свалки от прорези канала. В данном случае восточный контур ареала разноса не превышает 1-1,2 км, поэтому край свалки удален от канала на 2,2 км. Формулируя это положение, как правило, необходимо ввести в него учет возможного соприкосновения контура разноса с прочими объектами, на которые также нежелательно попадание материала разноса.
