Содержание к диссертации
Введение
Характеристика гидрологического режима района исследований 11
Материал и методы исследований 11
Метеорологические условия и климат 12
Гидрологические характеристики 15
1 Гидрологические условия в летний период 15
2 Гидрологические условия в осенний период 21
Гидродинамические условия пролива Бьеркезунд 26
Гидробиологические сообщества Финского залива 36
Фитопланктон 36
Зоопланктон 41
Макробентос 46
Ихтиофауна 48
Орнитофауна 49
Млекопитающие 49
Экологический мониторинг строительства портовых комплексов Приморского нефтеналивного порта
Материалы и методы исследований в период строительства порта 51
Основные экологические группировки района исследований 55
Оценка состояния водных объектов с помощью индексов биоразнообразия
Общая экологическая ситуация в проливе Бьеркезунд 84
Интегральная оценка экологической чувствительности пролива Бьеркезунд
Стратегия улучшения экологической ситуации 88
Заключение 92
Список использованных источников
- Метеорологические условия и климат
- Гидрологические условия в осенний период
- Ихтиофауна
- Оценка состояния водных объектов с помощью индексов биоразнообразия
Введение к работе
Гидротехническое строительство, в том числе - строительство портовых сооружений, является составляющей частью антропогенного воздействия на прибрежную зону [1,2]. Строительство новых портовых комплексов в настоящее время ведется в ряде приморских стран, в том числе — в Египте (Красное море) и России (Балтийское море). Несмотря на существенные различия в климате, океанологическом режиме и устройстве прибрежных экосистем, суть антропогенного воздействия оказывается общей как для условий Красного моря, так и Балтийского. Прежде всего это - дампинг и сопутствующее ему увеличение концентрации взвеси в водной толще (таблица 1). Исходя из этого, целесообразно рассмотреть воздействие этих факторов на прибрежные экосистемы на каком-либо «модельном» объекте, чтобы вывести общие закономерности «отклика» экосистем.
Воздействие на стадии эксплуатации порта будет определяться прежде всего характером перевозимых грузов. Так, в проливе Бьеркезунд любая аварийная ситуация будет чревата попаданием в прибрежные воды нефти. В Суэцком заливе порт предназначен для перевозки контейнеров; соответственно, угрозы нефтяного загрязнения там не существует.
Основными антропогенными факторами воздействия на водную биоту при строительстве портовых сооружений (так же как и при дампинге) являются механическое нарушение структуры донных биотопов при изъятии и перемещении больших масс грунта; повышенная мутность воды, возникающая при дноуглублении, вбивании свай, шпунтов, а также сбросе (отвале) грунта [1, 2]. Первый вид воздействия - наиболее опасный, так как представляет собой непосредственное уничтожение места обитания высшей водной растительности и бентоса при снятии грунта или засыпке им части дна [3, 4, 5, 6, 7]. Второй вид воздействия проявляется более сложным образом и зависит от «дозы» фактора то есть от продолжительности воздействия и его интенсивности - в данном случае от размера и концентрации частиц взмучиваемого грунта.
Воздействие портовых комплексов на экосистемы прибрежной зоны на стадии эксплуатации порта — более сложный комплексный процесс, который может быть количественно описан с использованием понятия «экологическая чувствительность». Под экологической чувствительностью понимается степень уязвимости объектов по отношению к какому-либо антропогенному фактору.
Целесообразность расширения существующих и строительства новых морских портов в восточной части Финского залива, предназначенных для перевалки грузов, определяется рядом причин. Главная из них -экономические потери России, которые, по различным оценкам, достигают 1500 MUSD в год. Кроме того, строительство новых портов имеет стратегическое значение для энергетической, экономической и транспортной безопасности России. Анализ мирового опыта строительства и эксплуатации крупных морских портов показывает, что они стимулируют экономический рост соответствующих регионов. Развитие инфраструктуры порта ведёт к совершенствованию транспортной системы всего региона, улучшению качества автомобильных и железных дорог [8].
Приморск - город в Ленинградской области, расположенный на северовосточном берегу Финского залива, близ группы Берёзовых островов, в 137 км к северо-востоку от Санкт-Петербурга. Строительство Приморского порта, предназначенного для перевалки нефти, началось на северо-восточном берегу пролива Бьеркезунд в 1999 г. В 2001г. запущен в эксплуатацию первый терминал по перегрузке сырой нефти мощностью до 50 млн. т в год. Идет строительство второго комплекса по перегрузке светлых нефтепродуктов мощностью 24 млн. т в год и планируется построить третий и четвертый терминал по перегрузке темных нефтепродуктов мощностью 12 и 13 млн. т в год. При оценке воздействия портовых комплексов на природные экосистемы необходимо различать этап проведения гидротехнических работ и этап эксплуатации порта. В связи с этим становится актуальной разработка системы экологического мониторинга состояния окружающей среды и природных сообществ прибрежной зоны, которая будет подвергнута антропогенному воздействию [9]. При этом, российским специалистам, участвующим в организации и ведении мониторинга, следует, в большей
мере, руководствоваться сложившимися международными принципами ведения наблюдения за морскими экосистемами. Так, рекомендации Международного Совета по исследованию Морей (International Council for the Exploration of the Sea) предусматривают оценивать состояние морской среды, прежде всего, по биологическим параметрам, изменения которых позволяют с наибольшей адекватностью судить о состоянии исследуемой гидроэкосистемы и степени её «антропогенной нагрузки».
Особо нагруженными являются прибрежные зоны — области на стыке суши и моря — где непосредственно сталкиваются интересы промышленности, связанной с морехозяйственной деятельностью, всех видов транспорта, сопутствующих городов, зон отдыха и заповедных зон. Подобное сочетание определяет уникальность прибрежных зон и чрезвычайно высокие нагрузки на экосистему. Цели и задачи Целью настоящей работы явилось изучение закономерностей изменений, происходящих под воздействием портостроительства в прибрежных экосистемах пролива Бьеркёзунд, и оценка экологической чувствительности пролива Бьеркёзунд, где в настоящее время ведется строительство портового комплекса г. Приморск.
В связи с этой целю необходимо решить следующие задачи :
а) определение распределения гидрологических характеристик (температура и соленость) и гидродинамических характеристик в проливе Бьеркёзунд;
б) оценка естественного фонового состояния гидроэкосистем (природных водных комплексов);
в) выделение естественных и антропогенных факторов, влияющих на изменение характеристик среды обитания гидробиологических сообществ;
г) определение изменений в биологических сообществах под воздействием антропогенных факторов;
д) прогностические оценки чувствительности прибрежных экосистем пролива Бьеркезунд.
Актуальность работы заключается в необходимости разработки методов импактного мониторинга как для пролива Бьеркезунд, так и для других районов Мирового океана. Полученные результаты должны представлять интерес для организации мониторинга в других районах Мирового океана, в частности - в Суэцком заливе Красного моря. Морские ресурсы Суэцкого залива рассматриваются правительством Египта как особо важные для страны [10, 11]. Эти ресурсы важны для удовлетворения потребностей страны в нефти и энергии [12, 13], рыбной продукции [14], а также для реализации рекреационного потенциала [13, 15]. В настоящее время запланировано строительство порта Айн Сухна. Ожидается, что эффект воздействия от строительства порта будет ограничен следующими обстоятельствами:
а) слабые течения, не способствующие распространению взвеси;
б) отсутствие в районе строительства экологически чувствительных биологических сообществ (в частности, морских трав и коралловых рифов);
в) отсутствие промысловых скоплений рыб.
Тем не менее, ожидается возможное негативное воздействие на единичные поселения кораллов рода Acropora sp. и мягких кораллов. Для оценки этого воздействия могут быть применены подходы, апробированные в месте строительства Приморского порта.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые проводится оценка интегральной экологической чувствительности гидробиологических сообществ по отношению к антропогенному прессу.
Теоретическая значимость работы обусловлена разработкой понятия «экологическая чувствительность» применительно к морским прибрежным экосистемам.
Практическая значимость работы состоит в возможности применения предлагаемых методов для организации экологического мониторинга в местах строительства портовых комплексов. Способ расчета экологической чувствительности включен в проект программы экологического мониторинга строительства второй очереди сооружений Приморского порта.
Метеорологические условия и климат
Метеорологические условия оказывают существенное влияние на формирование гидрологического режима пролива Бьеркезунд и на их трансформацию при взаимодействии с водными массами открытой части Финского залива. Климат описываемого района мало отличается от климата восточной части Финского залива и носит типичные черты морского климата умеренных широт, для которого характерны сравнительно небольшие колебания температуры в течение года, повышенные влажность и облачность и выпадение значительного количества осадков [17].
Зима довольно мягкая, с преобладанием пасмурной погоды и с частыми осадками. Сильные морозы бывают редко и обычно непродолжительны. Зимой преобладают ветры от S, SW и W, нередко достигающие силы шторма.
Весна прохладная. Вторжения воздушных масс с Баренцева и Карского морей при ветрах от N и NE обусловливают довольно низкую температуру воздуха. Осадки выпадают реже, чем зимой, и штормовая деятельность ослабевает. В открытой части района повторяемость туманов наибольшая по сравнению с остальными сезонами года.
Лето обычно прохладное, жаркая погода бывает редко и продолжается недолго. Летом преобладают ветры от NW и N. Повторяемость туманов по сравнению с весной сокращается. В конце лета заметно увеличивается количество осадков, выпадающих преимущественно в виде ливней. Осень теплая, сырая и ветреная. Преобладает влажная пасмурная погода с частыми продолжительными осадками, на побережье нередки туманы и штормы.
Ветровой режим зависит от характера распределения атмосферного давления по территории, его изменчивости в течение года и определяется устойчивостью, степенью развития и характером взаимодействия барических центров. В большей части района с сентября-октября по март-апрель преобладают ветры от SW, S и W. Кроме того, в это время довольно часты ветры от SE. С мая по июль - август наиболее вероятны ветры от NW и N. Из ветров других направлений чаще всего наблюдаются ветры от W. Большую роль играют местные условия (изрезанность и конфигурация берегов), под влиянием которых господствующие ветры претерпевают существенные изменения.
Средняя месячная скорость ветра с сентября по март 5-8 м/с, с апреля по август 3-6 м/с, причем скорость ветра на заливе несколько больше, чем на побережье. В летний период хорошо выражен суточный ход скорости ветра. Как правило, наиболее тихая погода наблюдается в ночные и утренние часы, днем же, особенно после полудня, ветер всегда усиливается, иногда скорость ветра достигает 9-12 м/с. Такая скорость ветра бывает обычно при вторжении в район Финского залива холодных воздушных масс с севера.
В отдельные годы средние месячные скорости ветра могут значительно отличаться от приведенных величин. Наибольшая скорость ветра в Приморске составляла 24 м/с (октябрь, ноябрь и декабрь 1955 года). Штили наблюдаются редко, повторяемость их с сентября по март составляет 1 — 3 % в месяц, а с апреля по август 4 - 9 %. Повторяемость штормов с сентября по март 5 — 15 %, с апреля по август 1 —2%. Среднее годовое число дней со штормами колеблется от 7 - 11 до 76. Среднее месячное число дней с ними с сентября по март может достигать 4 - 8, а с апреля по август обычно не превышает 3.
Зимой максимум штормов приходится на январь. Весной штормы чаще всего отмечаются в марте. Летом штормов значительно меньше, чем в осталь ные сезоны. Осенью активность штормовых процессов значительная. Максимум штормов приходится на октябрь. В холодное время года штормовые ветры отличаются большими скоростями, чем в теплое, и в отдельных случаях продолжаются несколько суток, в основном, имеют юго-западное направление.
Сильные штормы не ежегодны. Направление штормовых ветров зависит от пути прохождения циклонов. При прохождении циклонов севернее Финского залива отмечаются штормовые ветры от S и SW с последующим переходом к W и NW. При прохождении циклонов южнее Финского залива наблюдаются штормовые ветры от NE и Е. Чаще всего штормовые ветры приходят от S и SW. Продолжительность штормов обычно сутки, но иногда (крайне редко) осенью достигает 2 — 3 суток.
Гидрологические условия в осенний период
В период осенней съемки 2001 года зафиксировано начало перестройки термохалинных полей за счет осеннего выхолаживания. При этом на мелководных отдаленных от открытой части Финского залива станциях эта перестройка уже произошла (зимний тип структуры), на мористых станциях еще нет (летний тип структуры), остальные находились в стадии перехода.
Горизонтальное распределение полей температуры и солености в проливе Бьеркезунд в отсутствие сильного ветрового воздействия определялось внутренним гидродинамическим режимом пролива и положением пикнокли-на.
Более удобно анализировать топографию пикноклина по вертикальным разрезам поперек пролива. Так на 1-ом разрезе (рисунки 1.11, 1.12) хорошо заметно, что около острова Большой Березовый имел место подъем вод. Более интересным является глубоководный максимум температуры (11 С по сравнению с 10.6 С на поверхности и 9.9 С у дна), зафиксированный на этом разрезе на глубинах от 17 до 22 м, выше и ниже которого градиенты температуры противоположны и различны по величине. Это обусловлено началом охлаждения поверхностных вод, которое сутками раньше в открытой части Финского залива в районе отвала грунта зафиксировано не было. Очевидно, что верхний квазиоднородный слой в проливе Бьеркезунд существенно менее мощный, чем в заливе и теплозапас у него соответственно меньше. То, что охлаждение только началось, подтверждает уменьшение температуры с глубиной в придонных водах, до которых этот процесс, придонных водах, до которых этот процесс, блокированный летним сезонным термоклином, еще не дошел.
На 4-ом разрезе в поле температуры в основной части пролива имеет место такая же картина с наличием у поверхности ядра остывающих вод, а у дна линзы относительно теплой воды. Эти две массы имеют почти такие же характерные значения температур, как и на 3-м разрезе, но их разделяет более мощный термоклин. Мелководная область между островами Равица и Большой Березовый практически полностью перемешана по вертикали и гомогенна как в поле температуры, так и в поле солености (рисунки 1.13, 1.14).
Анализ и обобщение данных экспедиционных работ в проливе Бьеркезунд позволяют определить ряд характерных особенностей, касающихся гидрологической и гидродинамической структуры вод пролива [18].
Одной из основных черт гидрологического режима поля течений в проливе Бьеркезунд является наличие зон с интенсивными локальными вихревыми образованьями. Факт их существования неоднократно подтверждался как данными натурных наблюдений в период проведения экспедиционных работ, так и результатами математического моделирования [19]. Их наличие является подтверждением факта существенного влияния рельефа дна и конфигурации берегов на режим циркуляции вод в шельфовых акваториях.
Вертикальная структура потока вод в проливе может быть охарактеризована как многослойная. В поверхностном слое, толщиной до 10 м, преобладают интенсивные течения, в основном, обусловленные атмосферным воздействием. Скорости течения могут достигать здесь величин порядка 1 м/с при штормовых ветрах. В период сильного летнего прогрева нижняя граница этой зоны, как правило, совпадает с верхней границей пикноклина. Однако отождествлять эти две физические поверхности не совсем правомочно. Как показывают наблюдения за течениями, в период мощного атмосферного воздействия (при прохождении холодных атмосферных фронтов) и в период осеннего выхолаживания, вызывающего формирование слоя конвективного перемешивания, эти две поверхности могут значительно отличаться друг от друга.
Ихтиофауна
Ихтиофауна прибрежных вод Финского залива насчитывает около 70 видов рыб, 8 из которых занесены в Красные книги различного уровня. Наиболее массовым видом, имеющим наибольшее промысловое значение и составляющим до 72 % всего улова рыбы по Финскому заливу, является салака. В проливе Бьеркезунд обычны корюшка, салака, судак, сиг, часто встречаются бельдюга, лещ, ряпушка, окунь, минога. Весной, с конца апреля по начало июля, в зарослях водной растительности на глубине примерно до 2 м, происходит нерест различных видов рыб.
Орнитофауна региона Финского залива Балтийского моря представлена более чем 260 видами птиц. С точки зрения чувствительности к разливам нефти следует рассматривать лишь 125 видов (в том числе 64 «краснокнижных»), экологически связанных (хотя бы в некоторые периоды их годовых циклов) с водной средой и прибрежными биотопами. В это число входит 64 вида, включенные в Красные книги различного ранга. Среди видов, обитающих (или наблюдаемых) на акватории Финского залива и его побережьях, есть типичные представители морской Балтийской фауны, а также птицы пресноводных водоемов и некоторые сухопутные птицы, использующие береговую полосу для остановок и кормежки во время миграций Международной ассоциацией охраны птиц Bird Life International проводится всемирная программа «Important Bird Areas» (IBAs), имеющая целью выявление и сохранение наиболее ценных территорий, где обитают находящиеся под глобальной угрозой исчезновения и редкие в общеевропейском масштабе виды птиц, или образуются их массовые скопления. В пределах Российской части Финского залива выделено 10 ключевых орнитологических территорий всемирного или общеевропейского значения.
Морские млекопитающие в Российской части Финского залива представлены серым тюленем {Halichoerus grypus) и балтийским подвидом кольчатой нерпы (Phoca hispida botnicd). Оба вида занесены в Красные книги РФ, Балтийского региона и восточной Фенноскандии (категория угрозы 1 - 2). На Балтике, в территориальных водах СССР, промысел тюленей был полностью запрещен с 1979 г., и продолжающееся сокращение численности может быть связано, в первую очередь, с загрязнением окружающей среды. Охраняемые территории, существующие в районе Российской части Финского залива, многочисленны. Они включают в себя государственные природные заповедники, региональные гидрологические, ботанические, орнитологические и комплексные заказники, геологические, гидрологические и комплексные памятники природы, а также водно-болотные угодья, отвечающие Рамсарским критериям международного значения. Наибольшую угрозу для Финского залива и его береговой зоны представляют следующие виды антропогенного воздействия: - техногенное загрязнение его вод, - эвтрофикация (оба фактора в значительной мере определяются атмосферными выбросами и стоком рек, в первую очередь - Невы), - эксплуатация акватории залива в целях судоходства.
Последний фактор представляет серьезную потенциальную угрозу для береговой зоны залива в ближайшем будущем в связи с планируемым крупномасштабным строительством портов. Наибольшую обеспокоенность вызывают планы транспортировки нефти из порта Приморск пролива Бьеркезунд Балтийского моря. Экологический мониторинг строительства портовых комплексов Приморского нефтеналивного порта
Исследования гидробиологических сообществ пролива Бьеркезунд до начала строительства портовых сооружений носили систематический характер [16, 39, 40, 41, 42].
Систематические наблюдения за гидробиологическими сообществами пролива Бьеркезунд по типу экологического мониторинга начаты в связи с развертыванием программы строительства нефтеналивного терминала в г. Приморск. С целью оценки антропогенных изменений в гидробиологических сообществах в 1998 — 2003 гг. в районе строительства Приморского порта отработана и применена на практике методология импактного мониторинга районов строительства портовых сооружений, в том числе в 2002 и 2003 г.— с участием автора [43]. Основной задачей данного мониторинга является оценка антропогенных воздействий определенного конкретного типа на природную среду в локальном масштабе [44, 45, 46]. Проведение сопутствующего импактного мониторинга осуществляется по специальным программам, учитывающим специфику воздействия конкретного техногенного объекта (в данном случае — строящегося портового терминала), особенности локальных распределений характеристик среды и устойчивость экосистем на выделенном участке. Полученные материалы являются основой для выполнения процедуры ОВОС (оценки воздействия на окружающую среду) на всех стадиях проектирования и строительства технических объектов. Собираемая и обрабатываемая информация учитывается при расчете вероятности возможных аварий и оценке экологических рисков и возможных ущербов природной среде [47, 48].
Оценка состояния водных объектов с помощью индексов биоразнообразия
В «зоне отвала» четко прослеживались участки свеженасыпанного грунта. Донные отложения здесь были лишены какой-либо структуры. Поселения бентоса отсутствовали. На единичных станциях, где сохранился мелкодисперсный ил с железомарганцевыми конкрециями, зарегистрирован рачок Pontoporeia affinis.
В конце сезона наблюдений 2000 г. (в октябре) бентосные сообщества приняли нормальный вид, обычный для данного района. Каких-либо аномалий в структуре и распределении бентоса по сравнению с фоновым состоянием обнаружено не было. Наблюдалось быстрое заселение зон с нарушениями структуры донных отложений подвижными формами бентоса — в основном, крупными донными рачками. Описанные сообщества оставались стабильными, сохраняя неизменный видовой состав и очень незначительно флуктуируя в пространстве по показателям обилия.
Поздней осенью в пробах больше не встречались ни двустворчатые, ни брюхоногие моллюски. Это никак не говорит о каком-либо ухудшении экологической обстановки, а лишь подтверждает наше предположение о кратковременности появления молоди этих животных в исследуемом районе. Большая часть моллюсков к концу сезона покинула район исследований. Способность этих видов образовывать в районе исследований устойчивые популяции весьма сомнительна. Поселения Масота не выдержат распреснения (которое ранее, по-видимому, уже вызывало гибель моллюсков в данном районе, судя по остаткам створок раковин). Прочие моллюски, скорее всего, по мере взросления откочевывают в приустьевые участки ручьев, впадающих в пролив Бьеркезунд. Общее снижение обилия бентоса в конце осени было обусловлено также уменьшением числа личинок и куколок комаров. Значительная часть их в сентябре, по-видимому, покинула водную среду.
К числу негативных с природохозяйственной точки зрения явлений, отмеченных в 2000 г., относится появление двустворки дрейсены Dreissena polymorpha - активного и опасного обрастателя антропогенных субстратов. В последние годы этот моллюск расширяет свой ареал в Финском заливе. Все обнаруженные организмы были живые и прочно прикреплялись к любым предметам: более крупным особям своего вида, мелким камешкам, живым моллюскам других видов и пустым раковинам. Зарегистрированы небольшие друзы - плотные поселения дрейсены, сформированные взрослыми организмами с прикрепившейся к ним молодью. Важно отметить, что появление в районе портостроительства организмов-обрастателей произошло до начала эксплуатации порта. Развитие в данной акватории поселений моллюсков-обрастателей является неблагоприятным фактором, способным вызвать определенные помехи эксплуатации судов и портовых гидротехнических сооружений.
В дальнейшем (2001 г.) состав и структура сообществ бентоса стали более однообразными и выровненными на всей исследованной акватории; достоверных отклонений характеристик бентоса от фонового состояния не выявлено. При общей бедности видового состава (обнаружено всего 10 таксонов беспозвоночных) почти все представители были встречены практически на всех станциях. С нашей точки зрения, подобная выравненность распределения бентоса в 2001 г. по сравнению с другими годами может быть объяснена естественными причинами, а именно — большей стабильностью придонной водной массы, что явилось следствием устойчивой стратификации, наблюдавшейся в летнее время.
Пробы бентоса, собранные в районах, незатронутых воздействием дноуглубительных работ, и в локальной, четко очерченной зоне свала грунта, в 2001 г. оказались резко различающимися. Пробы из района отвала практически не содержали бентоса. Пробы же из пролива Бьеркезунд являлись обычными по составу.
Эти различия, несомненно, вызваны антропогенными воздействиями на состав и структуру грунта, подвергнутого подвижкам и перемещениям. На отвале грунт представлен в основном жидким тонкодисперсным илом. Такая среда обитания является крайне неблагоприятной для бентоса. В перспективе на данных станциях следует ожидать постепенного восстановления устойчивых бентосных сообществ.
По площади охвата и степени воздействия на бентосные сообщества воздействие дноуглубительных и гидротехнических работ в 2000 и 2001 гг. может быть признано локальным. Оно проявлялось только в районах изъятия и отвала грунта (на удалении до 50 м от центра воздействия), где нарушалась естественная структура субстратов. Донное население здесь либо полностью отсутствовало, либо было представлено интенсивно мигрирующими видами, способными быстро заселять любые вновь формирующиеся свободные поверхности. Для формирования здесь новых устойчивых сообществ, очевидно, потребуется некоторое время.
Похожие диссертации на Экологическая чувствительность морских прибрежных экосистем в районах строительства портовых комплексов : На примере Приморского порта, пролив Бьеркезунд Балтийского моря
