водные ресурсы, проблемы их охраны и использования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
«РОЛЬ МЕЛИОРАЦИИ И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА В РЕАЛИЗАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫХ ПРОЕКТОВ»
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
Москва 2008
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, ПРОБЛЕМЫ ИХ ОХРАНЫ И
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.
ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
УДК 556.18 : 556.1
О НОРМАТИВЕ ДОПУСТИМОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МАЛЫЕ РЕКИ
И.В. Бабкина – к. геогр. н.
ФГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»,
г. Красноярск, Россия
О.А. Скоробогатова
ООО Профессиональная аварийно-спасательная служба военизированной
горноспасательной части Сибири, г. Красноярск, Россия
Один из методов определения объемов изъятия водных ресурсов из водных объектов
базируется на знании критических параметров, установленных по косвенным
характеристикам при отсутствии эмпирических зависимостей по воздействию на
экологические системы водных объектов для неизученных рек. Для малых неизученных
рек юга Средней Сибири установлены критические объемы стока, которые выступают как
показатель устойчивости малых водотоков и изъятие водных ресурсов свыше этих
объемов приведет к нарушению экологического состояния. Для их оценки использованы
критерии благополучия водного объекта как экологической системы, проявляющиеся в
возможности водотока к самоочищению и к внешнему воздействию.
One of methods of definition of volumes of withdrawal of water resources from water
objects is based on knowledge of the critical parameters established under indirect characteristics
at absence of empirical dependences on influence on ecological systems of water objects for not
studied rivers. For the small not studied rivers of the south of Average Siberia critical volumes of
a drain which act as a parameter of stability of small water-currents are established and
withdrawal of water resources over these volumes will lead to infringement of an ecological
condition. For their estimation used criteria of well-being of water object as the ecological
system, shown in an opportunity of a water-current to autopurification and to external influence.
Вопросу оценки допустимых объемов изъятия водных ресурсов из водных объектов
посвящены многочисленные исследования [1]. Нормативным документом в виде приказа
Министерства природных ресурсов РФ от 12.12.2007 года № 328 утверждены
«Методические указания по разработке нормативов допустимого воздействия на водные
объекты», разработанные в развитие ст.34 действующего Водного кодекса [2].
Допустимое воздействие на водный объект расценивается как допустимое
воздействие хозяйственной деятельности на водный объект, при котором сохраняется
естественная структура и нормальное функционирование экосистемы водного объекта.
Норматив допустимого воздействия (НДВ) на водный объект представляет собой
утвержденный в установленном порядке показатель воздействия на водный объект в
целом или на конкретные водохозяйственные участки. Несоблюдение НДВ приведет к
нарушению естественного состояния экосистемы водного объекта или его части.
НДВ для изъятия водного ресурса, касается преимущественно количественных
показателей, то есть изменения водного режима, который обеспечивает благополучное
экологическое существование всего пойменно-руслового комплекса водного объекта. В
качестве методологической основы нормирования безвозвратного изъятия речного стока
используется принцип устойчивого функционирования экологических систем водных
объектов и околоводных экологических систем и сохранение условий естественного
размножения организмов.
Объемы изъятия определяются на основе знания критических объемов речного
стока, свидетельствующих о критическом состоянии водной экологической системы,
которые предлагается определять двумя методами на основе:
1. Анализа связей биологических и гидрологических характеристик состояния
экологических систем;
2. Критических экологических параметров, установленных по
косвенным
характеристикам состояния экологических систем.
Если первый из них требует наличия большого числа исходной информации,
необходимой для установления и анализа вышеназванных связей, за продолжительные
периоды времени, то второй позволяет использование косвенных показателей, и может
быть использован в случае отсутствия необходимых зависимостей по воздействию на
экологические системы водных объектов, так и для практически неизученных рек.
В Среднесибирском регионе гидрологическая изученность рек, тем более малых,
крайне недостаточна – 1 гидрологический пункт наблюдений приходится на 15 тыс. км2.
По этим причинам связи биологических и гидрологических характеристик для малых рек
Средней Сибири не установлены, следовательно, должен использоваться метод
основанный на использовании экологических параметров, установленных по косвенным
характеристикам состояния экологических систем.
Для малых неизученных рек юга Средней Сибири на базе изучения малых
водотоков, расположенных на юге Средней Сибири, лабораторией водных ресурсов
Сибирского НИИ гидротехники и мелиорации при непосредственном участии автора [315] установлены критические (или природоохранные) объемы стока, которые выступают
как показатель устойчивости малых водотоков и их экосистем.
Для оценки природоохранного (критического) расхода использованы критерии
благополучия водного объекта как экосистемы, проявляющиеся в возможности водотока
к самоочищению и толерантности компонента экосистемы к внешнему воздействию.
Такие расходы, достаточные для нормального функционирования пойменноруслового комплекса водного объекта в различных условиях водности, установлены для
каждой фазы водного режима (весеннее половодье, летне-осенняя межень, зимняя
межень).
В системе отношений между собственником водных объектов, которым является
государство, и водопользователем установление допустимых объемов изъятия водных
ресурсов хозяйствующему субъекту в виде лимитов на водопотребление и водоотведение
– одна из важнейших задач. Лимиты водопотребления должны устанавливаться для всех
водопользователей водного объекта с учетом норматива допустимого воздействия,
установленного для водного объекта, что особенно важно для малых рек, наиболее
ранимых при антропогенном воздействии.
В данном случае речь идет об определении допустимых объемов изъятия водного
ресурса из малых рек на базе установления объемов воды в водном объекте, которые
необходимо исключить из использования. Объем водных ресурсов, оставляемый в водном
объекте для обеспечения его устойчивости, сохранения водотока как объекта природной
среды, оценивается как природоохранный, но по сути, это тот объем, изъятие которого из
водного объекта приводит его к деградации и истощению.
В рассматриваемом регионе существующие методики из-за достаточной сложности
расчетов, разработки их для больших и средних рек или отсутствия достаточного
экологического обоснования для малых рек, не применимы [1].
Для оценки природоохранных параметров стока использованы материалы натурных
исследований условий формирования стока для неизученных водотоков в разных
ландшафтных условиях региона и данные стационарной сети наблюдений системы
Росгидромета для весеннего периода, летне-осеннего и зимнего периодов по 100, 67 и 56
гидрологическим створам, соответственно.
Предлагаемые решения основаны на:
устойчивости водотока к искусственному воздействию, которое вписывается в рамки
естественных природных колебаний;
использовании понятий верхнего (оптимального) и нижнего (минимального)
пределов природоохранных расходов воды для периодов летне-осенней и зимней межени;
резервировании природоохранного стока ниже створов изъятия (регулирования) по
основным фазам водного режима [2,3-9, 13-15].
Для каждой фазы водного режима устанавливаются значения природоохранных
расходов, достаточных для нормального функционирования пойменно-руслового
комплекса водного объекта в различных условиях водности.
В основу определения природоохранных расходов воды положены гидрологоэкологические требования к водному потоку. Прежде всего, это обеспечение естественной
частоты и глубины затопления поймы, возможности самопромыва русла в весенний
период, обеспечение проточности (водообмена) потока, незаиляемости, незарастаемости
русла, отсутствия дефицита кислорода в летнюю (О2 ≥ 6 мг/дм3) и зимнюю (О2 ≥ 4 мг/дм3)
межень. Гидравлические параметры потока, обеспечивающие эти требования в меженный
период, приводимые различными авторами практически однозначны [4,5]. По условиям не
зарастаемости русла (для рек шириной до 10-1 5 м и глубино й до 0, 7-1 м) допускается
скорость течения 0,1-0,2 м/с. По условиям не заиляемости русла необходимо поддержание
скоростей течения в пределах 0,1-0,25 м/с. Такая же скорость является и нижним
пределом реакции рыб на поток. Эти параметры характеризуют нижний предел
природоохранной водности малых рек в период межени.
Весеннее половодье. В результате исследований в качестве базового
природоохранного расхода весеннего половодья принят расчётный суточный максимум
пиковой части гидрографа. При нем гарантируются средние условия заполнения поймы
как обязательного естественного процесса существования малой реки. Установленная
обеспеченность расхода воды в начальный момент заполнения поймы составляет от 25 до
75 % в горно-таежных и от 50 до 75 % в степных и лесостепных районах и картирована по
территории.
Анализ хода половодья для 100 гидростворов, частоты выхода и значений расходов и
уровней, при которых происходит выход воды на пойму, определение глубины затопления
поймы, их средние значения за период наблюдения и соответствующие им расходы воды,
позволили определить значения весенних природоохранных расходов. Унифицированной
и предпочтительной представляется форма выражения максимального природоохранного
расхода воды Qпр. mx в виде его обеспеченности относительно ежегодных максимальных
срочных расходов воды весеннего половодья, что даёт возможность картировать
расчётную характеристику в пределах рассматриваемой территории. Установлено, что
обеспеченность природоохранного максимального расхода воды в период прохождения
весеннего половодья на реках различных природных зон составляет от 15 до 40 %.
Определена и наименьшая гарантированная продолжительность весеннего
половодья, необходимая для удовлетворения гидролого-экологических требований,
предъявляемых к водотоку в весенний период. Она определялась по величине
снегозапасов, сумме положительных температур, коэффициенту снеготаяния, его
продолжительности (без учёта выпадающих дождей) для гидрографов различной
обеспеченности в разных природных зонах, для различных водосборных площадей. Она
изменяется в зависимости от природных зон и размера водосборных площадей,
соответственно, от 20-5 0 суто к в степной, лесостепной зоне, 22-6 4 в лесно й и 2 4-72
суток – в горно-таежной зоне.
Летне-осенняя межень. При исследовании природоохранных значений летнеосеннего стока для постоянно действующих водотоков были установлены расходы воды,
обеспечивающие оптимальное и предельное состояние потока. Оптимальное состояние
потока характеризуется среднемноголетним значением летнего суточного расхода воды за
устойчивую межень, не прерываемую дождевыми подъёмами, то есть функционирование
водотока в средних условиях заполнения русла.
Из большого числа рассмотренных природных зависимостей таких расходов от
различных факторов, установлена взаимосвязь природоохранных расходов от площади
водосбора (F, км2) и общей увлажнённости бассейнов, характеризуемой нормой
минимального 30-дневного стока в виде модуля.
Определена обеспеченность оптимальных природоохранных значений летнеосеннего стока, которая составляет от 15 до 50 % . Такой природоохранный расход
должен сохраняться в водотоке при расходах воды равных или превышающих значение
минимального летнего суточного расхода 5%-й обеспеченности.
Состояние потока,
количественно оценивающее нижний предел стока, не
допускающего деградации водотока, оценивается минимальным природоохранным
расходом, который должен сохраняться в русле водотока в моменты наиболее глубокой
летне-осенней межени. Оценка минимальной природоохранной водности летне-осеннего
периода в виде обеспеченности природоохранных расходов воды показала, что на малых
реках она различна. Так, обеспеченность природоохранных расходов в степных районах
составляет 50 %, а в высоко обеспеченных горно-таежных – 90 %.
Зимняя межень. При исследовании природоохранных значений зимней межени в
качестве ограничительных критериев по скорости и глубине принимались Vс = 0,15 м/с и
hср = 0,10 м. Анализ исходных данных позволил установить расходы воды,
обеспечивающие такие параметры потока, и принять их в качестве минимально
допустимых природоохранных расходов, которые должны сохраняться в русле водотока
(реки) в моменты наиболее глубокой зимней межени.
Из многочисленных рассмотренных природных зависимостей были отобраны
наиболее корректные, позволившие оценить природоохранные расходы зимней межени в
зависимости от площади водосбора (F, км2) и степени его увлажнённости, которая
представлена в данном случае среднемноголетним значением модуля минимального
суточного стока.
Для периода зимней межени также установлены оптимальные и минимальные
значения зимнего природоохранного расхода воды. Обеспеченность минимального
природоохранного расхода зимней межени не постоянна и изменяется по территории от
50 до
90 %.
Обеспеченность природоохранного оптимального расхода воды была принята
равной 25 % для всех природных условий. Аргументом для этого послужил анализ
содержания кислорода и рН в зимнее время и установленный факт, что эти показатели
чаще всего отличаются от нормативных при обеспеченности зимнего расхода более 25 %.
Расходы воды, принятые для изученных и неизученных водотоков, соответствующие
указанным обеспеченностям и будут являться критическими значениями, необходимыми
для определения объемов изъятия водных ресурсов из малых рек.
Допустимые объемы изъятия как в целом за год, так и по месяцам и по сезонам года
определяются как разность между естественной и природоохранной водностью водотока.
Объемы изъятия стока из водного объекта могут быть рассчитаны как в целом за год, так
и по сезонам года.
Естественная водность неизученных малых рек определяется по разработанным
методикам [3, 8-9]. Используется внутригодовое распределение стока, районированное по
природным зонам территории для разных условий водности, установленное по реальному
году в зависимости от обеспеченного значения годового стока как по месяцам, так и по
сезонам года.
Природоохранная водность моделируется в виде гидрографа стока по всем фазам
водного режима (весеннее половодье, летне-осенняя межень, зимняя межень), на основе
установленных базовых природоохранных расходов.
Расчеты, проведенные для рассматриваемой территории по определению
естественной водности водотоков для всего диапазона природных условий и
соответствующей природоохранной водности, позволили установить количественные
значения расходов и объемов изъятия стока для водотоков с площадным диапазоном от 1
до 2000 км2, относящих реки к категории малых.
Таким образом, к настоящему времени создана и накоплена научно-методическая
база, позволяющая установить для территории, отличающейся слабо развитой сетью
стационарных гидрологических (и других) наблюдений особенно на малых реках, нормы
изъятия водного ресурса как для конкретного водотока, так и разработать
унифицированные региональные нормы для неизученных малых водотоков.
Учитывающие природно-климатические особенности региона, нормативы допустимого
воздействия по
изъятию стока (выраженные в млн м3 или м3/с) могут быть
дифференцированы:
по природным условиям в бассейнах водотоков, используемых для изъятия стока
(степная, лесостепная, лесная, горно-таежная природные зоны);
по размеру водосборной площади водотоков (1, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1500, 2000
2
км );
по естественной водности водотоков (многоводные годы 5 и 25 %-й обеспеченности,
в год со средней водностью 50 %-й обеспеченности, маловодные годы 75 и 95 %-й
обеспеченность);
по фазам водного режима.
Как дополнительный фактор, характеризующий увлажненность бассейнов малых
водотоков, учитываются среднемноголетние значения годового количества осадков
(Хг, мм), выпадающих в пределах водосбора.
После соответствующего утверждения в установленном порядке эти показатели по
изъятию водных ресурсов могут принять статус норматива допустимого воздействия на
водные объекты для малых рек Средней Сибири по изъятию водных ресурсов.
Библиографический список
1. Бабкина И.В. Природоохранный сток малых рек Средней Сибири как основа
разработки нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные
объекты. /Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего
тысячелетия. Материалы межведомственной конференции 3-7 сентября 2000 г. –
Томск: СО РАН Томский научный центр. Изд-во «Научно-техническая литература».
2000. С. 598-602.
2. Приказ Министерства природных ресурсов РФ от 12 декабря 2007 г. № 328 «Об
утверждении методических указаний по разработке нормативов допустимого
воздействия на водные объекты». 32 с.
3. Бабкина И.В. Проблемы использования водных ресурсов малых водотоков в
земледельческой зоне. //Вестник КрасГАУ. 2007. Вып.6. С. 100-110.
4. Бабкина И.В. К оценке природоохранного стока малых рек в бассейне Енисея. /Тез.
докл. науч. конф. 100-летия плана В.В.Докучаева по борьбе с засухой и
преобразование степей России. – Новосибирск: 1992. Кн.2. С. 145-146.
5. Ершова Л.М. Природоохранный меженный сток малых рек Ангаро-Енисейского
бассейна. /Проблемы мелиорации земель Сибири. – Красноярск: СибНИИГиМ, 1991.
С. 115-116.
6. Бабкина И.В. Метод расчёта природоохранных значений стока малых рек
земледельческой зоны Средней Сибири. /А.В Петенков, И.В. Бабкина, Л.М. Ершова.
//Проблемы освоения и использования мелиорируемых земель Сибири. – Красноярск:
СибНИИГиМ, 1996. С. 45-53.
7. Бабкина И.В. Водно-ресурсные показатели сохранения водоисточников от истощения
в зоне АПК Сибири.
Совершенствование ведения сельскохозяйственного
производства в степной зоне Сибири. СО РА СХН. Научно-исслед.ин-т аграрных
проблем Хакасии: сб.ст. – Новосибирск, 1996. С.82-86.
8. Бабкина И.В. Ресурсы стокообразования в бассейнах малых неизученных рек.
Гидрологические основы водопользования ресурсами малых рек бассейнов Верхнего
Енисея, Верхнего Чулыма и Нижней Ангары: рекомендации /А.В. Петенков и др. –
Красноярск, 1990. С. 97-119.
9. Бабкина И.В. Основные гидрологические характеристики малых неизученных рек.
Гидрологические основы водопользования ресурсами малых рек бассейнов Верхнего
Енисея, Верхнего Чулыма и Нижней Ангары: рекомендации /И.В. Бабкина, А.В.
Петенков и др. – Красноярск, 1990. С. 120-178.
10. Бабкина И.В. Метод расчёта природоохранных значений стока малых рек
земледельческой зоны Средней Сибири /А.В. Петенков, И.В., Бабкина, Л.М Ершова//
Проблемы освоения и использования мелиорируемых земель Сибири: сб.ст. –
Красноярск, 1996. С. 45-53.
11. Бабкина И.В. Разработка предельно допустимого норматива изъятия водного ресурса
для малых рек Красноярского края. Проблемы использования и охраны природных
ресурсов центральной Сибири. КНИИГиМС, сб.ст. – Красноярск, 2003. Вып. 4. С. 161164.
12. Бабкина И.В. Природоохранный сток малых рек – основа разработки норматива
допустимых объемов изъятия. /Тезисы докладов YI Всероссийского гидрологического
съезда. 28 сентября-1 октября 2004 г. Санкт-Петербург. Секция 4. Экологическое
состояние водных объектов. Качество вод и научные основы их охраны. – СПб.:
Гидрометеоиздат, 2004. С. 295-296.
13. Бабкина И.В. Природоохранный сток воды как индикатор устойчивости малых рек юга
Средней Сибири. //Водное хозяйство России. Проблемы, технологии, управление.
2005. № 1, Т. 7. С. 34-51.