11.3. Водоохранные зоны и санитарная охрана водохранилищ

Возрастающее количество водохранилищ, необходимость сохранения в них чистой пресной воды, активная хозяйственная деятельность на прилегающей к водохранилищу части водосбора (малом водосборе) определяют необходимость создания прибрежных водоохранных зон (ПВЗ).

ПВЗ, как правило, четко очерченная полоса суши, непосредственно примыкающая к урезу воды по всему периметру водохранилища и находящаяся в постоянном взаимодействии и взаимосвязи с его водной массой и водосбором. Характерная особенность водоохранной зоны — постоянный склоновый сток с прилегающего малого водосбора и режим грунтовых вод. Являясь пограничной зоной между сельскохозяйственными, хозяйственными объектами, населенными пунктами и водохранилищем, ПВЗ выполняет защитные функции. Это буферная зона между сушей и водоемом. В ее пределах устанавливается особый режим, способствующий уменьшению или предотвращению загрязнения, засорения и истощения вод, уменьшению интенсивности проявления нежелательных экзогенных геологических и геоморфологических процессов, заболачивания земель, деградации почв и растительности. Острова акватории полностью включаются в ПВЗ. Водоохранные зоны вдоль малых рек, впадающих в водохранилище, устанавливаются в соответствии с положением об охране малых рек и во­доемов.

Кроме того, некоторые водохранилища переданы Белорусскому производственному объединению целлюлозно-бумажной промышленности, Минскому горисполкому, государственному заповедноохотничьему хозяйству «Беловежская пуща» и др., что позволит усилить охрану природы, организовать реальное соблюдение положения о водоохранных зонах. Организация такого рода работ до последнего времени была налажена плохо. Создание водоохранных зон уменьшит загрязнение и засорение водоемов, будет препятствовать обрушению берегов, уменьшению эрозионных процессов. ПВЗ существенно влияют на процесс снегозадержания, значительно увеличивают его запасы в полосе растительности. Значение полосы растительности возрастает с уменьшением размеров водохранилищ.

Большое значение имеют эстетическая и экологическая стороны водоохранных зон. Создание кустарникового и древесного ярусов в водоохранной зоне значительно повышает экологический потенциал рукотворного аквального ландшафта. Они положительно влияют на микроклимат в пребрежной зоне, создают благоприятные условия для животного и растительного мира в интенсивно осваиваемых районах (распахиваемых, мелиорированных территориях, населенных пунктах). ПВЗ является экологической зоной для воспроизводства животных.

Для комплексного интегрального нормативного показателя экологического разнообразия малого водосбора водохранилища как природно-антропогенного аквального ландшафта может служить водоизмененная нами расчетная формула

I = ( l¹Pi) / S S (S (S – S₁),

где I — показатель экологического разнообразия малого водосбора водохранилища; l¹ — длина i-гo экотона (переходной полосы между естественными и искусственными биогеоценозами, т. е. между распаханными, залесенными, застроенными, освоенными участками и лес­ными полосами, отдельными рощами, береговыми полосами водоемов, луговыми угодьями, закустаренными массивами и т. д.), м; Р₁ — ширина полосы влияния отдельного экотона, м; S — площадь малого водосбора водохранилища, м²; S₁ — площадь естественных биогеоценозов, включая природные биоценозы ПВЗ и на отдельных участках, м².

Так, например, для лессовых равнин Беларуси оптимальная величина экологического разнообразия мелиорированных объектов, выраженная параметром плотности экотонов, должна составлять 50 – 70 м/га. Этот показатель отражает общие водоохранные особенности малого водосбора. Он значительно выше в районах с высоким уровнем облесенности. При этом водоохранная зона фактически не выделяется в лесном массиве, примыкающим к водохранилищу. Вместе с тем значительная часть побережья Осиповичского, Чигиринского, Вилейского водохранилищ облесена. И только на распаханных участках побережья существует необходимость организации зон и даже лесомелиорации побережья.

Определение ширины ПВЗ водохранилищ в условиях Белоруссии в первом приближении может проводиться расчетным путем:

Р = 0,0058 (f Ґi ) / т К :

где Р — ширина ПВЗ, м; i — крутизна склонов в градусах; т — коэффициент шероховатости малого водосбора; К — скорость впитывания воды в мерзлую почву, мм/мин; f — длина склона, м. Показатель шероховатости малого водосбора принят для пашни 1,0, пастбища — 1,1, естественного луга — 1,2. Опыт показывает, что ширина ПВЗ малого водохранилища с учетом указанных показателей колеблется в пределах 10 – 50 м. Минимальную ширину ПВЗ можно определить, пользуясь данными таблицы 11.1.

Таблица 11.1

Определение ширины водоохраной зоны водоемов и водотоков в зависимости от режима использования сельхозугодий и самого водохранилищ

Водоохранные функции выполняет в основном растительность на трехчетырех гипсометрических уровнях. Первый уровень составляет высшая растительность в прибрежной зоне. В верховьях, среднем и нижнем течении водохранилища, у абразионных и аккумулятивных берегов, в заливах и в открытой части водохранилища наблюдаются большие различия в водной растительности. Структура фитоценозов зависит от глубины у берега, ширины прибрежной литорали. В приплотинной сзеровидной части полоса подводных растений разрежена, представлена в основном аиром, реже ежеголовником, в меньшей степени крутинами тростника и рогоза. Полоса погруженных растений выражена слабо. Наиболее богат видовой состав с ярко выраженными полосами подводных, погруженных и растений с плавающими листьями в верховьях, заливах, у низких отмелых берегов. Это значительно увеличивает естественную полосу трансформации стока со склонов котловины. Многие виды растений являются индикаторами загрязненного стока (некоторые виды рдестов, роголистник, элодея и др.).

Второй уровень водоохранной зоны и первый, или нижний, на суше составляет узкая полоса приурезовых биоценозов. Это полоса суши с растительностью, подвергающаяся периодическому сезонному подтоплению. Здесь произрастают влаголюбивые виды цветковых растений, осоки, злаки, вторичная естественная кустарниковая растительность, отдельные деревья (ольха, ива и др.). Вдоль размываемых берегов встречаются искусственные насаждения ивы остролистной (телюга красная).

Третий уровень водоохранной зоны, или верхний, представляют склоны котловины выше полосы периодического подтопления. Кроме кустарников и ранее перечисленных древесных видов появляются широколиственные деревья (дуб, липа, клен). Повсеместно произрастают мелколиственные деревья. Разнообразен видовой состав кустарников, образующих нижний ярус водоохранной лесной полосы.

Водоохранную роль выполняют естественные биоценозы выше третьего уровня, расположенные между сельскохозяйственными культурными угодьями и населенными пунктами. Это рощи, участки естественных лугов, биоценозы по оврагам, балкам и ручьям. Сюда можно отнести и искусственные посадки лесов, кустарников и садов.

Нижний и верхний водоохранные уровни составляют собственно водоохранную зону, или зону строгой охраны. Ширина водоохранной зоны устанавливается в зависимости от крутизны береговых склонов и современных эрозионных процессов, протекающих на приурезовой полосе суши. Ее величина является непостоянной и изменяется в больших пределах (от нескольких десятков метров до 1,5 км). Наибольшая ширина ПВЗ наблюдается в случае образования участков подтопления на низких берегах с четко выраженной поймой и отсутствием процесса переработки берега. Зона охраны в данном случае определяется величиной подтопления, которая даже в малых водохранилищах (около 1 млн м³) достигает 1 км и более. Небольшая водоохранная зона наблюдается у берегов с четко выраженным пляжем и отсутствием переработки достаточно крутых берегов.

Минимальная ширина водоохранной зоны, определяемая 30-метровой полосой вдоль водохранилища и небольших притоков, составляет зону строгой охраны.

Опыт выделения водоохранных зон на Куйбышевском водохранилище и результаты исследования водохранилищ Камского каскада свидетельствуют о необходимости включения в водоохранную зону прибрежной полосы, полосы переработки берегов, временного и постоянного подтопления, эрозионной активности, противоэрозионной полосы.

Прибрежная полоса включает пляж, аккумулятивные формы, береговой откос, бровку берега. Ширина прибрежной полосы в основном определяется призмой сработки водохранилища и колеблется в пределах 2 – 3, реже 10 – 25 м. Водохранилища со значительной амплитудой колебания уровня (до 3 м) имеют ширину прибрежной полосы до 300 м и более (Вилейское, Краснослободское). При этом аккумулятивные формы образуются на всех уровнях стояния воды. Ширина формирующегося пляжа доходит до 50 – 100 м.

Полоса переработки абразионных берегов включает береговой уступ, бровку обрушающегося берега, тело оползня, часть берега, подверженного эрозионным процессам. Ширина полосы переработки определяется прогнозными расчетами и соответствует величине переработки берега на конечный срок. Натурные данные на водохранилищах Белоруссии свидетельствуют о значительном колебании величины прогнозируемой переработки: от нескольких метров у низких абразионных обвальных берегов речных водохранилищ до 45 - 50 м на оползневых (Лепельское) и 70 - 80 м на эрозионных берегах (Вилейское). Общая длина берегов водохранилищ более 1,3 тыс. км, из них около 320 км подвержены абразии и требуют проведения охранных или защитных мероприятий.

Подтопленные земли выделяются при небольших уклонах с сильной, средней и слабой степенью подтопления. Полоса отличается активным водообменом между грунтовыми водами прибрежных земель и водохранилищем. В полосе идет интенсивное изменение почвенного покрова, растительного и животного мира. Общая площадь подтопленных земель на берегах водо­хранилищ составляет около 3,5 – 4 тыс. га. Особенно большая зона подтопления у водохранилищ полесского типа.

Полоса эрозионной активности включает овражно-балочную систему от устьев до ложбин стока. На существующих водохранилищах эта полоса не имеет ярко выраженной активности, но при возможной активизации овражной эрозии значительно увеличивается в размерах. Наиболее вероятно расширение ПВЗ за счет противоэрозионной полосы на водохранилищах, проектируемых в пределах лессовых пород Оршанско-Могилевской равнины. Наиболее изменяемая ширина противоэрозионной защиты рекомендуется в зависимости от крутизны склонов:

До 5° 30 м

5 – 8° 40 м

8 – 10° 55 м

10 – 13° 70 м

13 – 15° 85 м

Более 15° 100 – 150 м

Большое разнообразие природно-антропогенных условий на побережье малых водохранилищ требует определенного подхода в каждом конкретном случае при нахождении ПВЗ. Ширина водоохранной зоны является величиной переменной, интегрирующей весь комплекс природных и антропогенных условий.

Наличие водоохранной зоны предопределяет проведение в ее пределах комплекса природоохранных мероприятий: инженерных (берегоукрепление, строительство дамб, противоэрозионных сооружений), биологических (лесопосадки, севооборот и др.) и организационных (режим хозяйствования, изменение хозяйственной деятельности и т. д.).

Сумма выраженных на побережье полос в сочетании с растительностью, современными экзогенными и геоморфологическими процессами, активным водообменом подземных вод и поверхностного склонового стока в реальных условиях определяет ширину водоохранной зоны. Ее общая ширина рекомендуется от 30 до 1300 – 1500 м. При отсутствии ярко выраженных процессов и полос различного уровня основными критериями для выделения ПВЗ являются уклон склона и растительность.

Важный показатель эффективности ПВЗ — поступление чистой воды со склонов с наименьшим содержанием растворенных веществ и твердых частиц. Сочетание древесной, кустарниковой и травянистой растительности служит хорошим фактором для задержания растворенных и влекомых наносов. Особенно важно существова­ние водоохранной зоны на границе пахотных земель и водохранилища. За год с 1 га сельскохозяйственных земель, непосредственно примыкающих к водоему, выносится до 0,15 кг общего фосфора, 1,5 кг минерального азота, с лесных участков соответственно 0,005 и 0,002 кг. В среднем за год выносится до 1 % фосфора и 6 % азота от вносимого на поля вместе с удобрениями. Минимальная ширина водоохранной зоны на достаточно низких склонах должна быть не менее 70 м.

Для малых водохранилищ с хорошо сформировавшейся поймой и небольшой амплитудой колебания уровня рекомендуется комплексная ПВЗ, состоящая из 3-х уровней: полосы водной растительности, нижней береговой приурезовой и верхнебереговой полос. Основной функцией водоохранной зоны является уменьшение содержания биогенов, ядохимикатов, органических и других веществ с поверхностным и подземным стоком. Дополнительная функция водоохранных зон — защита водохранилища от прямого попадания химикатов при авиахимической обработке сельхозугодий. Значительную роль в очисткесклонового стока выполняет зона подтопления или до­статочно широкая приурезовая пойма. Полевыми опытными исследованиями установлено, что наибольшим эффектом очистки поверхностного стока обладают ивняки на заболоченных сильноэвтрофных лугах и сероольшаниках; в вегетационный период в загрязненной воде на каждый метр начальной (верхней) 10-метровой части полосы сумма аммонийного, нитратного и нитритного азота уменьшается соответственно на 16, 15 и 13 %, а также идет уменьшение и фосфатного фосфора, величины БПК₃.

Исходя из эффекта водоочистки и характера растительного сообщества и почвы, можно планировать ширину водоохранных полос. Наименьшая ширина для лесных сообществ 70 м, наибольшая применительно для культурного луга — 430. При этом достигается значительный положительный эффект при авиационной обработке полей, когда лесная полоса не аккумулирует, а скорее рассеивает ингредиенты под пологом деревьев. В таком случае на землю выпадает 10 – 30 % удобрений.

На берегах, подверженных разрушению ветровым волнением, часть прибрежной полосы, расположенной между максимальными и минимальными уровнями воды, обсаживается древовидными и кустарниковыми ивами.