11.6. Проблемы управления процессом зарастания ложа

С течением времени эксплуатации в малых водохранилищах наблюдается активация процессов заиления и зарастания ложа высшими водными растениями, что приводит к снижению эффективности их использования. На сегодняшний день перед проектными организациями и эксплуатационными службами стоит вопрос о наиболее рациональном использовании и продлении срока службы искусственных водных объектов, а также оптимизации использования их природно-ресурсного потенциала. Одним из основных регламентирующих факторов способствующих снижению полезного объема водохранилищ является их зарастание. Наличие мелководий и зарастание ложа способствуют заилению, уменьшению полезного объема и ускорению их эволюционного развития.

В настоящее время в Республике Беларусь все больше практикуется применение высших водных растений в хозяйственных целях. На фоне все возрастающего потребления растительных ресурсов, возможность использования высших водных растений малых водохранилищ как одного из видов биологических ресурсов водохранилищ стало актуальным.

Системный анализ и обобщение собственных полевых материалов и опубликованных источников позволило авторам выявить наиболее общие закономерности развития ассоциаций высшей водной растительности малых речных водохранилищ и разработать настоящие научно-методические рекомендации. Их внедрение в практику проектирования, строительства и эксплуатации будет содействовать продлению сроков их эффективного использования.

Общие подходы и принципы. Малые водохранилища доминируют в водохранилищном фонде Республики Беларусь. По классификации водохранилищ Беларуси, основанной на соотношении их площадей и объемов, к малым водохранилищам относятся водоемы объемом от 1 до 100 млн м³ и площадью до 30 км². Основная масса создаваемых водохранилищ относятся к типу малых и очень малых, долю которых приходится более 120 водных объектов (очень малые – 100). В представленных рекомендациях малые и очень малые водохранилища далее рассматриваются как малые. До 80-х годов в Беларуси преобладало создание водохранилищ одноцелевого использования (энергетика, рекреация, рыбное хозяйство, мелиорация и водоснабжение), позже создаются водохранилища комплексного назначения.

Как показал опыт эксплуатации малых водохранилищ, в республике происходит формирование местных водохозяйственных комплексов с участием малых водохранилищ в ходе длительного и постепенного становления новых хозяйственных связей. Это позволяет указать на целесообразность разработки локальных схем рационального использования их ресурсов. В подобных схемах наряду с созданием водоохранных полос и разработкой мер по предотвращению загрязнения вод, рациональному использованию водных и других ресурсов, целесообразно разработать рекомендации по ликвидации предотвращению зарастания, занесения и заиления ложа. Малые водохранилища в значительной степени унаследуют природные особенности той территории, на которой создаются и в большей степени подвержены местным факторам. Характер природных условий территории Беларуси, в частности центральной ее части, где сосредоточено наименьшее количество озер и преобладают речные системы, являются объективным природным условием и потенциальным ресурсом создания речных водохранилищ и источником дополнительных полезных объемов воды.

Процесс зарастания речных водохранилищ связан с рядом факторов и происходит как во временном, так и пространственном аспектах. При изучении водохранилища необходимо учитывать стадии эволюции водохранилищ как природно-антропогенной системы в целом и особенности поэтапного формирования высшей водной растительности. Методические приемы, способы обследования и картирование высшей водной растительности определяются поэтапным естественным развитием водохранилищ.

Система научно-методических указаний по снижению степени зарастания высшими водными растениями малых речных водохранилищ может быть представлена в виде следующей схемы: концептуальные положения, методические рекомендации и управление внутриводоемными и другими процессами, происходящими на данных водных объектах. Указанные положения регламентируются временными рамками: периодом проектирования, создания и эксплуатации водохранилищ.

Принцип целостности гидроэкосистемы «водосбор-водоем» - один из законов развития лимносистем, учитывающий формирование стока на водосборе реки и степени его трансформации в чаше водохранилища. В отличие от озер, водохранилища образуют подпор и замедляют сток рек, его трансформируют, преобразуют из риосистемы в гомолимносистему, которая является новым целостным природно-атропогенным образованием (рис. 2.1.).

Принцип приобретения новой гидроэкосистемой в виде водохранилища ряда режимных характеристик, не свойственных природным водным объектам: вид регулирования стока, изменения режима уровня, амплитуды колебания, проточности и др. Указанные параметры задаются проектом водохранилища.

Принцип генетической обоснованности - учет типа и морфологии современной речной долины, эволюционного развития самого водохранилища. Дальнейшая эволюция водохранилища как новой гидроэкосистемы происходит в рамках типа и с учетом морфологии речной долины.

Принцип гидродинамической устойчивости, или приближение параметров будущего водохранилища к параметрам, близким к речным долинам. Конфигурация водохранилища в плане, формирование равновесной береговой линии в плане и по поперечникам, амплитуда колебания уровня реки за многолетний период или в геологическом отрезке времени учитываются и согласуются с морфологией речной долины.

Принцип достаточной сбалансированности экосистемы в результате поддержания единства абиотических и биотических факторов предусматривает равноценного учета приоритета указанных факторов.

Высшая водная растительность произрастает в прибрежной мелководной (литоральной) и в открытой мелководной зонах с глубинами до 2 м и на мелководьях вокруг островов. Эта глубина является характерной для прогнозирования площади зарастания.

Степень зарастания ложа высшими водными растениями зависит от гидродинамических условий. Наибольшему зарастанию подвержены гидродинамически пассивные участки (заливы, участки с малой длиной разгона волн, отмелые берега и т.д.). В речных водохранилищах формируются специфические участки зарастания с характерными поясами высшей водной растительности. Менее всего подвержена зарастанию приплотинная озерная гидрологическая зона, где формируется участок фрагментарного зарастания. Распространению водной растительности препятствуют значительные глубины, активная ветроволновая деятельность и циркуляционные течения.

Наиболее активное зарастание происходит в верхней речной зоне, где формируется участок сплошного зарастания благодаря малым глубинам, отсутствие активного волнения, отсутствие течений и формирование динамически пассивной зоны. Стоковые течения действуют только в русловой ложбине. Промежуточное положение занимает переходный участок со смешенным характером зарастания.

Подходы к управлению процессом зарастания. На первом этапе осуществляется прогноз, моделирование процесса зарастания ложа в пределах зоны затопления и предусматривается создание математических и физических моделей на основе экспериментальных исследований уже существующих водохранилищ.

На стадии проектирования на топографической основе (карте зоны затопления) оконтуривается территория нулевой изобатой, соответствующей площади водохранилища. Вторая линия проводится с отметкой 2 м, соответствующая зоне потенциального зарастания, или так называемая мелководная зона при НПУ.

Потенциальная зона зарастания является объектом первостепенной важности и активных мероприятий при строительстве водохранилища и подготовки ложа к затоплению. В ней выделяются затопленные почвы, которые рассматриваются как питательная среда для развития корневой системы. Территория ложа с глубинами 0,5 – 1,0 м являются потенциальной зоной для формирования полосы надводных растений.

На стадии проектирования целесообразно запланировать отсыпку торфяных залежей песчано-гравелистой смесью, удалить остатки древесной и кустарниковой растительности из местных источников. Эти мероприятия полностью не исключают появление здесь надводных растений, но исключают развитие болотного процесса. Это сокращает заросли рогозов, телореза алоэвидного, способствует развитию тростника южного, камыша озерного и других растений, которые развиваются на песчаных грунтах.

Принцип сочетания унаследованных и приобретенных факторов реализуется путем выделения морфологических элементов речной долины и озерной котловины будущего водохранилища. В речной долине выделяется высокая и низкая речная пойма, гривистая пойма, прирусловой вал, террасы.

Русло реки рассматривается как наиболее глубоководная зона в ложе водохранилища (русловая ложбина), потенциальная зона транспорта (верховье) и аккумуляции аллахтонного и автохтонного (озерная приплотинная часть) вещества. Выделенные элементы речной долины проектируются на схему гидродинамических условий будущего водоема в озеровидной, озерно-речной и речной гидрологических зонах.

Принцип необходимого постоянного обновления гидроэкосистемы для увеличения продолжительности сроков эффективного использования водохранилища. Реализация принципа распространяется на озерную часть речного водохранилища, где в условиях подпора формируется озеровидный водоем с концентрическими полосами надводной, погруженной и плавающей растительностью, характерные для естественных водоемов – лимносистем.

Проектирование НПУ связывается с выделением потенциальной озерной части водохранилища. Особое внимание уделяется определению ее границ с переходным участком зарастания, который впоследствии перейдет в участок сплошного зарастания.

Принцип комплексного (акваториального) районирования акватории водохранилища и оценки факторов зарастания ложа реализуется на конкретных гидрографических участках

Для выделения таксономических единиц нами использованы идентичные названия, которые в полной мере отражают морфологию ложа и морфологических элементов затопленных озерных котловин и речных долин (русел).

Морофология котловин малых водохранилищ играет определяющую роль в формировании гидрологического режима водоемов, отражает основные особенности различных районов и поэтому лежит в основе схем районирования. Деление водохранилищ на районы, зоны и подзоны проводится по батиметрическим картам с учетом типовых различий и глубин. В связи с существованием генетических и морфометрических особенностей водохранилищ при их районировании некоторые таксономические единицы могут не выразиться.

Принцип максимального снижения роли унаследованных факторов в зарастании ложа будущего водоема. На стадии строительства выполняется планировка ложа, включающая подготовку и глубоководной части для затопления (нивелировка ложа, планировка карьеров, удаление торфа, снесение кладбищ, остатков животноводческих ферм и др.).

Исследования в данной области подтверждают положительный эффект обвалования водохранилищ и отчуждения мелководий от зоны затопления. Этим достигается повышение средней глубины (2 м) и гидродинамической активности водоема, уменьшение площади мелководий на 20-30 %. Снижается площадь ложа, предрасположенная к зарастанию и интенсивному заилению уже на первых стадиях развития, затопленных торфяников, уменьшаются потери земельных ресурсов.

На стадии эксплуатации. Принцип комплексности географического мониторинга водохранилища. Служба эксплуатации водохранилища, учреждения эксплуатируемые водохранилище ведут постоянный мониторинг водохранилища. Выявляются зоны, являющиеся поставщиками биогенных элементов, проводятся съемки прозрачности воды по акватории, организовываются контрольные створы за переработкой берегов. С учетом результатов мониторинговых наблюдений непосредственно в водоемах и на водосборных площадях осуществляется ряд мероприятий экологического характера.

Для обеспечения устойчивого функционирования данных водохозяйственных объектов целесообразно использовать апробированные в лимнологии приемы борьбы с антропогенным эвтрофированием:

- отведение стоков за пределы водосборов;

- освобождение сточных вод от эвтрофирующих веществ;

- увеличение проточности и водообменности;

- удаление из водоема питательных элементов, накопленных в донных отложениях и биомассе гидробионтов и др.

В приурезовой части побережья водохранилища обустраивается водоохранная полоса со специальным режимом, ширина которой регламентируется крутизной склонов, площадью водохранилища, характером использования территории (склонов) и учетом естественных границ угодий.

Границы водоохранных зон необходимо устанавливать с учетом морфологии речных долин, конкретной структурой сельскохозяйственных угодий, естественными и искусственными границами сооружений, способствующих перехвату местного стока с вышерасположенных земель (бровки речных долин, ложбин стока, балок, дорог, дамб, каналов и др.) и в соответствии с нормативными документами.

Существенное значение при эффективном использовании водохранилищ имеет осуществление системы водоохранных мероприятий на малом водосборе. При наличии постоянных источников поступления загрязненных сточных вод, интенсивного стока с мелиоративных объектов в водоем для повышения процесса самоочищения рекомендуется создание на водотоках отстойников или биопрудов путем использования локальных понижений в рельефе, расширений и искусственных углублений водотоков.

На участках ранее используемых для возделывания пропашных культур, необходимо изменить севооборот, а в отдельных случаях и залужить многолетними травами. Залужение склонов с созданием чередующихся полос из древесно-кустарниковой растительности целесообразно для аккумуляции продуктов эрозии, выносимых с сельхозугодий, а также защиты крутых склонов от ветровой и водной эрозии. Залужение многолетними травами пахотных участков, прилегающих непосредственно к водохранилищу, снижает вынос продуктов эрозии с почвы и биогенных веществ, поступающих с площади водосбора, что будет препятствовать интенсивному развитию прибрежной водной растительности.

Основным экологическим требованием эксплуатации водоохранных полос является уборка фитомассы. Эти мероприятия могут осуществляться как в период вегетации, так и в ледоставный период.

Принцип комплексной оценки биотических и абиотических факторов реализуется путем проведения комплексного районирования акватории и выделения простых и сложных акваномов. Комплексное районирование, учитывающее биотические и абиотические факторы проводится на этапе устойчивого развития водоема, когда «эффект подпора» максимально снижается и не влияет на формирование внутриводоемных природных комплексов.

Активное переформирование берегов, вдольбереговое перемещение взвешенных наносов препятствуют закреплению растительности на стадии становления берегов. Формирующаяся литоральная мелководная полоса и склоны берегов закрепляются растительностью в среднем к концу второго десятилетия эксплуатации малых водохранилищ.

Для переходного района характерно дальнейшее уменьшение глубин и ширины водохранилища, понижение волновой активности. Эти изме­няющиеся условия и определяют мозаику грунтов и фрагментарный характер зарастания ложа в переходном районе от озерного в озерно-речной. Четкая поясность и выраженность всех растительных поясов, характерные для озерно-речного района, нарушаются. Полоса прибрёжных надводных растений нередко прерывается в связи с переформированием берега и увеличением глубины ложа.

Для прогнозирования потенциальной площади зарастания можно использовать природно-акваториальное районирование водохранилища. Простой акваном (ПА) — это выраженный в рельефе ложа участок ак­ватории водохранилища, отличающийся характерным типом грунтов, высшей водной растительностью с определенной вертикальной структурой биотопов, интенсивность накопления вещества и энергии в пределах которого определяется сезонной и суточной ритмикой органической жизни.

В вертикальном разрезе акваномы состоят из характерных слоев (го­ризонтов) — водного, вторичных отложений, трансформированных пер­вичных грунтов, живого органического вещества. Горизонт живого орга­нического вещества занимает промежуточное положение и может сме­щаться на верхней границе акванома выше водного горизонта (в атмосферу) в зоне прибрежных акваномов, а на начальных фазах эксплуатации водохранилища в горизонт первичных (трансформированных) грунтов. Донные отложения появились в результате действия протекающих в пределах акванома процессов и отражают их специфику. В свою очередь грунты определяют биопродуктивность акванома и в конечном счете входят составной частью в элементарную единицу акваториального районирования. Границы между двумя соседними акваномами определяются по комплексу природных показателей: выраженности их в рельефе, мощности и типу грунтов, характеру водной растительности и живых организмов .

Принцип применения корректирующих мероприятий в процессе эксплуатации водохранилищ: разрабатываются проекты (предложения) по дополнительному отчуждению мелководий, мероприятия, направленные на улучшение гидрологического режима водохранилищ, проектируются и создаются польдерные системы в зоне подтопления и т.д.). Реализация природного районирования акватории малых речных водохранилищ является основой для управления процессом зарастания.