ГЕОСИСТЕМНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТРАССЫ ... ОБЪЕКТА ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ
advertisement
ГЕОСИСТЕМНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТРАССЫ ЛИНЕЙНОГО ОБЪЕКТА ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ ТИХОНОВ В.П. Заведующий отделом охраны природы Естественно-научного института Пермского государственного национального исследовательского университета, к.г.-м.н., г. Пермь georisk@psu.ru КАРАВАЕВА Т.И. Научный сотрудник лаборатории экологической геологии Естественно-научного института Пермского государственного национального исследовательского университета, к.г.-м.н., г. Пермь georisk@psu.ru Аннотация В нормативно-методических документах отсутствует обоснование границ территорий проведения инженерно-экологических изысканий для линейных объектов. Ширина полосы изысканий назначается без учета особенностей природных условий трассы. В статье предлагается оценивать природные условия трассы линейного объекта по биогеоценозам. Все компоненты конкретного биогеоценоза взаимосвязаны, взаимообусловлены и приурочены к одной форме рельефа на однородном геологическом субстрате. Последствия воздействия линейного объекта формируются в каждом биогеоценозе и определяют допустимость намечаемой деятельности. Ширина и конфигурация территории изысканий определяются границами биогеоценозов и могут быть различными по длине трассы Ключевые слова Инженерно-экологические изыскания; геосистема; биогеоценоз; фитоценоз; граница влияния Введение Инженерно-экологические изыскания для строительства линейных объектов выполняются для оценки современного состояния и прогноза возможных изменений окружающей природной среды под влиянием антропогенных воздействий при их строительстве и эксплуатации. Результатом изысканий является экологическое обоснование, под которым понимается совокупность доводов (доказательств) и научных прогнозов, позволяющих оценить экологическую опасность намечаемой хозяйственной и иной деятельности для экосистем (природных территориальных комплексов) и человека [8]. В состав изысканий входят основные виды исследований: маршрутные наблюдения с покомпонентным описанием природной среды и ландшафтов в целом, оценка состояния наземных и водных экосистем, источников и признаков загрязнения, почв и растительного покрова, животного мира. Существенным методическим недостатком свода правил по инженерно-экологическим изысканиям СП 11-102-97 [10] и СНиП 11-02-96 [8] является то, что эти нормативные документы не определяют территорию, в пределах которой должны проводиться изыскания, не дают указаний, как устанавливать границу зоны воздействия и по каким критериям и компонентам природной среды следует выполнять прогноз возможных изменений. Обоснование и выбор территории проведения инженерно-экологических изысканий относятся к важнейшим задачам исследований и определяют качество и представительность результатов, необходимые и достаточные виды и объемы работ, размещение пунктов наблюдений на основных путях миграции, ареалах, потоках рассеяния и аккумуляции веществ-загрязнителей, соотношение степени ожидаемого воздействия и устойчивости выбранной территории. Практика проведения экспертизы инженерных изысканий показывает, что границы территории изысканий часто выбираются произвольно, без учета особенностей природных условий ландшафта, в пределах которого будут проявляться последствия планируемой деятельности. Методическое обоснование границ территории изысканий в программах проведения работ отсутствует, чем игнорируется требование пункта 3.9 СП 11-102-97 [10]. Часто на экологических картах в графической части технического отчета эти границы просто не показываются, а в текстовой части отмечаются только пункты отбора проб. В других случаях граница изысканий проводится на равном расстоянии от объекта проектирования или реконструкции без всякого обоснования [3]. В случае линейного объекта граница изысканий - это, как правило, коридор трассы шириной до нескольких сотен метров, в пределах которого проводится топографическая съемка. В различных ведомственных документах ширина трассы просто назначается без выделения приоритетного воздействия на окружающую среду (уровня шума, электромагнитного излучения, механического, химического воздействия и т.п.). Например, ориентировочные размеры зоны влияния для дороги экологического класса II составляют 2000 м для условий свободного распространения воздействий и 1000 м при наличии препятствий [7]. В руководящих документах отмечается, что зона влияния трассы нефтепровода составляет 1-2 км [6]. Наиболее вероятной причиной отсутствия экологического обоснования ширины зоны изысканий для линейного объекта является традиционный покомпонентный подход к оценке природно-территориальных комплексов. В результате изыскания проводятся в пределах коридора, по длине которого субъективно закладываются выработки, точки опробования и проводятся описания отдельных компонентов природной среды. В пункте 4.19 СП 11-102-97 [10] отмечается, что количество и расположение точек взятия проб почвы, а также расстояние между ними устанавливаются в зависимости от вида и назначения проектируемого объекта, природнотехногенных условий района и стадии работ. Каждый исполнитель изысканий в соответствии со своим опытом определяет, что такое природно-техногенные условия. Опробование в таком виде не позволяет дать оценку современного состояния экосистем, встреченных на трассе изысканий, и разработать прогноз возможных изменений природных систем, что и должны обеспечить инженерно-экологические изыскания в соответствии с пунктом 8.2 СНиП 11-02-96 [8]. Изыскания проводятся на субъективной основе и не позволяют оценить воздействия объекта на весь природный комплекс и его ответную реакцию [3]. Закономерности функционирования природной среды не подчиняются геометрическим формам коридора и разметке трассы пикетами. Биогеоценозы и экосистемы территории, находящиеся на трассе, не выделяются, отдельные компоненты природной среды и ландшафт характеризуются от пикета к пикету или в целом для всей трассы (почвы и животный мир). Расчленение природной среды на компоненты и их характеристика в отдельных разделах технического отчета, логически не связанных друг с другом, не позволяют оценить устойчивость и дать качественный прогноз изменений. Нарушаются требования пункта 8.13 СНиП 11-02-96 [8] и «Инструкции по экологическому обоснованию хозяйственной деятельности» [2], в соответствии с которыми должна определяться устойчивость экосистем к воздействиям и их способность к восстановлению. Экологическое обоснование биогеоценоза как основного объекта инженерно-экологических изысканий Любая трасса инженерно-экологических изысканий пересекает сопряженные геосистемы, которые связаны условиями образования и особенностями функционирования и представляют собой участки зонального ландшафта. ландшафта. Под геосистемой понимаются природногеографические единства всех возможных категорий – от планетарной геосистемы (географической оболочки или географической среды в целом) до элементарной геосистемы (физико-географической фации) [9].Локальные геосистемы часто значительно различаются между собой по рельефу, геологическому строению местности, почвам, гидрогеологическим условиям, растительности и животному миру. В экологическом отношении локальные геосистемы представлены биогеоценозами. Биогеоценоз - это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов (биоценозом) и определенными условиями среды обитания (биотопом), которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс [5]. Биогеоценоз характеризуется определенными абиотическими факторами, ресурсами (влажностью, биологически доступными элементами питания растений, суммой положительных температур) и скоростью круговорота веществ. Биоценоз геосистемы закономерно формируется в течение длительного времени в конкретных климатических, геологических и геоморфологических условиях. Совместное развитие растительного и животного мира под действием естественного отбора способствует приспособлению живых организмов к конкретному участку ландшафта, использованию ими строго определенных пищевых и энергетических ресурсов. В результате в данном местообитании биологические виды приспосабливаются друг к другу, что является обязательным условием целостности и стабильности биогеоценоза. Биогеоценоз является основным самостоятельным структурным элементом геосистем, отражающим комплекс природных условий на различных участках проектируемой трассы. Вся трасса линейного объекта представлена закономерно сменяющими друг друга биогеоценозами. Следовательно, экологическое состояние компонентов природной среды следует характеризовать по этим структурным элементам. Устойчивость каждого конкретного биогеоценоза и его ответная реакция на планируемое воздействие линейного объекта определяют допустимость намечаемой деятельности и являются основой экологического обоснования при инженерно-экологических изысканиях. Все биогеоценозы на территории изысканий, если трасса имеет протяженность десятки километров, относятся к одному зональному типу, характеризующемуся близкими функциональными связями главных компонентов, сходным средним уровнем биопродуктивности. При достаточной большой длине (сотни и тысячи километров) трасса пересекает несколько природных зон, для которых в составе биогеоценозов характерны свои специфические биоценозы, например сфагновое болото, ковыльная степь. На протяжении всей трассы биогеоценозы «наследуют» основные особенности рельефа, почвенных, геологических и гидрогеологических условий, отражают их в биоценозах и приобретают свои специфические черты. Эти специфические особенности позволяют более точно проводить границы биогеоценозов. Все основные свойства биогеоценоза проявляются через его растительность, которая обеспечивает защитные и ресурсные функции для животных. Растительность хорошо распознается и картируется, поэтому границы биогеоценозов следует проводить по границам фитоценозов. Биогеоценоз - это экосистема в границах фитоценоза [4]. На практике биоценозы называют по преобладающим видам растений в фитоценозе, например еловый лес, березово-осиновый лес, ковыльная степь, гипновое болото. Березовые леса при дешифрировании аэрокосмоснимков легко отличаются от сосновых, верховое болото - от низинного и т.д., что позволяет выделить различные биоценозы, пересекаемые трассой проектируемого линейного сооружения (например: биоценоз № 1 - елово-березовый лес; биоценоз № 2 - липово-еловый лес и т.д.). Изменение растительности маркирует условия увлажнения, почвенные, геологические, геохимические и другие границы. Переходы между фитоценозами могут быть постепенными и малозаметными, что является следствием постепенного изменения экологических условий, а это вызывает затруднения в выделении биоценозов при дешифрировании снимков. Еловый лес вдоль трассы изысканий может быть представлен на протяжении сотен километров. На водораздельном пространстве, склоне водораздела и в речной долине он находится в разных условиях увлажнения, имеет различные воздушно-водный режим почвы, качество почвы, видовой состав фауны и микробиоценозов. Животный мир в зависимости от местообитания также существенно различен. Следовательно, в пределах биоценоза, представленного, например, еловым лесом, следует выделять несколько биогеоценозов (имеющих различный животный мир и различную устойчивость к внешним воздействиям) с названиями, отражающими геоморфологическую приуроченность участка к ландшафту, например биогеоценоз приводораздельного склона с биоценозом елового леса. Дополнительным критерием выделения границ является неоднородность геологических условий, то есть условий местообитания фитоценоза или биоценоза. Анализ почвенных, геологических карт и карт четвертичных отложений позволяет уверенно выделить границы биогеоценозов в пределах одного фитоценоза. Биогеоценозы выделяются на подготовительном этапе проведения инженерноэкологических изысканий с использованием дешифрирования аэрокосмических снимков. На этапе полевых исследований границы биогеоценозов могут корректироваться. В одной природной зоне вдоль трассы могут встречаться однотипные по своим характеристикам биогеоценозы. В случае, когда при инженерно-экологических изысканиях в начале и конце трассы будут встречены биогеоценозы поймы с биоценозом сфагновое болото с присвоенными при описании номерами 2 и 24, не имеет смысла давать характеристику биогеоценоза № 24, поскольку от биогеоценоза № 2 он будет отличаться только площадью. Видовой состав растительности, зоо- и микробиоценозов, гидрологические и гидрогеологические условия этих биогеоценозов практически одинаковые. Специфика и степень техногенного воздействия на биоценоз и геологическую среду линейного объекта (трубопровода, ЛЭП и т.п.) не различаются. Соответственно, ответная реакция биогеоценоза № 24 на воздействие при строительстве линейного объекта будет аналогична реакции биогеоценоза № 2. Таким образом, при инженерно-экологических изысканиях на трассе линейного объекта следует проводить типизацию природных условий по биогеоценозам как элементарным структурным единицам биогеоценотической организации жизни. Различное состояние изучаемых биогеоценозов на период проведения изысканий определяет их различную устойчивость к воздействию линейного объекта и, соответственно, допустимость этого воздействия. Например, биогеоценозы склонов речных долин с березовым лесом будут неустойчивы к ожидаемым воздействиям линейного объекта, и для этой территории в проектной документации необходимо предусмотреть специальные природоохранные мероприятия для снижения этого воздействия. Отметим, что в пределах биогеоценозов водораздельных пространств с еловым лесом воздействие линейного объекта ожидается несущественным и природоохранные мероприятия не требуются. Пример схемы трассы линейного объекта с выделенными на ее протяжении биогеоценозами показан на рисунке. Синтез среднего и ближнего инфракрасного каналов на космическом снимке позволяет отчетливо выделить биоценозы по преобладающей в фитоценозе растительности. Характеристика выделенных на рисунке биогеоценозов приведена в таблице. Рис. Схема трассы линейного объекта с выделенными биогеоценозами - объектами инженерных изысканий Таблица Характеристика биогеоценозов, пересекаемых трассой линейного объекта № Название биоценоза биогео- Название биогеоценоза (в составе биогеоценоза) ценоза 1 Биогеоценоз водораздельного пространства Елово-березовый лес 2 Биогеоценоз приводораздельного склона Липово-еловый лес 3 Агроценоз - пашня Многолетние травы 4 Биогеоценоз склона долины реки Еловый лес с примесью осины 5 Биогеоценоз долины малой реки Заросли ивы, черемухи 6 Биогеоценоз склона долины реки Еловый лес с примесью осины Смешанный лес (липа, осина) 7 Биогеоценоз приводораздельного склона с преобладанием ели 8 Биогеоценоз водораздельного пространства Березово-еловый лес В рассматриваемом случае биогеоценозы № 4 и 6 по своим характеристикам не различаются, их устойчивость к воздействию линейного объекта с практической точки зрения одинакова, и ответные реакции в виде последствий аналогичны. Прогноз возможных изменений природной среды в пределах этих биогеоценозов будет одинаковым. Типизация природных условий по устойчивости биогеоценозов к воздействию линейного объекта позволяет: оптимизировать проведение изысканий по месту и количеству отбираемых проб; учитывать особенности существующих природных условий на различных участках трассы; выделять участки трассы с опасной степенью воздействия на компоненты природной среды и рекомендовать проведение природоохранных мероприятий; рекомендовать в пределах этих участков организацию пунктов эффективности природоохранных мероприятий; прогнозировать изменения качества биогеоценозов в зоне влияния линейного объекта на разных участках трассы. мониторинга Кроме биоценозов трасса линейного объекта может пересекать агроценозы - экосистемы, которые создает, поддерживает и контролирует человек. Это садовые участки, поля, пастбища, сенокосы, лесные посадки, парки, сады, которые обладают слабой устойчивостью, и их сохранение зависит от деятельности человека. Агроценозы хорошо картируются, и выделение их границ на трассе не вызывает затруднений. Методические основы определения границ зон воздействия линейных объектов на компоненты природной среды В соответствии с требованиями СНиП 11-02-96 (п.п. 8.12, 8.13) [8] задачей инженерноэкологических изысканий является определение и уточнение границ зоны воздействия строительного объекта на компоненты окружающей среды. Указания на то, как определить эту границу, в нормативных документах отсутствуют. Любой производственный объект оказывает воздействие на компоненты природной среды в пределах потенциальной зоны влияния. Величина отклонения состояния геосистемы от естественного устойчивого является индикатором внешнего воздействия. Это ответная реакция, выраженная в последствиях - изменении показателей качества природного комплекса [3]. Прогноз возможных изменений окружающей природной среды под влиянием антропогенных воздействий при инженерно-экологических изысканиях выполняется для этапов строительства и эксплуатации линейного объекта и технологических сооружений. Потенциальная зона влияния объекта и соответствующие изменения природной среды для этих этапов часто значительно различаются. Прямые воздействия большинства линейных объектов (нефте- и газопроводов, водопроводов, трубопроводов технологических жидкостей, линий связи и др.) на природную среду в процессе их штатной эксплуатации практически не оказываются. Воздействие линий электропередачи заключается в изъятии земель, электромагнитном излучении и механическом воздействии на пролетающих птиц. Наибольшей степенью воздействия характеризуются автомобильные и железные дороги. Значимость влияния непосредственно зависит от его вида, физической величины и потенциальной опасности. Указанная величина включает интенсивность, продолжительность воздействия и масштаб его распространения по площади. При этом последний имеет приоритетное значение для определения потенциальной зоны влияния объекта. Выбор наиболее значительных воздействий на компоненты окружающей среды, а не изучение всех теоретически возможных взаимодействий позволяет при изысканиях профессионально установить границу зоны влияния. На этапе строительства линейного объекта основные воздействия заключаются в изъятии земельных ресурсов, нарушениях почвенно-растительного покрова, геологической среды, условий движения грунтовых вод, поверхностного стока, в появлении или активизации негативных инженерно-геологических процессов, загрязнении атмосферного воздуха выбросами строительной техники, повышении уровня шума. Все эти воздействия прямые, хорошо предсказуемые, строго ограниченные по площади, часто прекращающееся после окончания строительства и рекультивации территории. Величина потенциальной зоны влияния объекта на этапе строительства, как правило, лимитируется наиболее динамичными источниками воздействия - выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух и шумом работающей техники. Практика расчетов уровня шума при одновременно работающей строительной технике показывает, что на расстоянии около 200 м соблюдаются требования СН 2.2.4/2.1.8.563-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» и СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» по уровню шума для территорий, непосредственно прилегающих к жилой застройке. Все остальные воздействия на компоненты природной среды проявляются на меньшем расстоянии от объекта. Механическое нарушение почвенно-растительного слоя, переуплотнение грунтов оснований автомобильных и железных дорог и создание барражного эффекта для потока грунтовых вод, подтопление или заболачивание прилегающей территории в связи с сооружением насыпей по площади развития воздействия имеют подчиненное значение по сравнению с распространением выбросов в атмосферный воздух и шумом от строительной техники. Следовательно, зона изучения природных условий при проведении инженерноэкологических изысканий для этапа строительства линейного объекта может быть ограничена расстоянием распространения приоритетного вида воздействия, поскольку ответная реакция биоценоза природного комплекса в виде последствий за короткий период строительства в полной мере не сформирована. В процессе эксплуатации прямые воздействия, сформировавшиеся на этапе строительства, переходят в опосредованные, что значительно увеличивает зону потенциального влияния объекта, изучаемую при изысканиях. В связи с вырубкой деревьев по коридору трассы, механическим нарушением почвенно-растительного слоя, изменением воздушно-водного режима на трассе будут наблюдаться начальные стадии сукцессии растительности и формирование нового биоценоза. Изменения произойдут и на прилегающих к трассе территориях. Природная среда будет становиться менее пригодной для жизни обитающих здесь видов, но благоприятной для других видов. В результате одни виды заменяются другими. Вслед за изменением растительности на территории меняется и животный мир. Для составления прогнозов развития таких биогеоценозов необходимо оценить степень их сукцессионной нарушенности (сравнивая с климаксовыми биогеоценозами), границы изменений и возможности восстановления, а это связано с очень сложной фундаментальной проблемой устойчивости геосистем при различной степени техногенных изменений. На этапе изысканий решить такую проблему не представляется возможным, поэтому для определения границ зоны воздействия в целях прогноза изменений следует использовать интегральную ответную реакцию компонентов природной среды на приоритетные воздействия при эксплуатации линейного объекта. Последствия воздействий при эксплуатации объекта сформируются в полной мере и проявятся в конкретном биогеоценозе, пересекаемом трассой линейного сооружения. В каждом биогеоценозе последствия формируются под влиянием прямых и опосредованных воздействий, а степень их проявления зависит от компенсирующего влияния всего биогеоценоза. Ответная реакция биогеоценоза зависит от многообразия входящих в него биологических видов, тесно связанных между собой различными формами взаимоотношений и эволюционно приспособленных к совместному обитанию. Многие виды, имеющие сходные экологические требования и функции, обычно заменяют друг друга в близких сообществах. В случае частичного уничтожения или снижения активности каких-либо из них в результате воздействия их функции возьмут на себя виды, оставшиеся в биогеоценозе. В этом проявляется компенсаторная функция всей геосистемы. Таким образом, интегральную ответную реакцию на воздействие линейного объекта формирует весь биогеоценоз, который и является объектом исследования при проведении инженерно-экологических изысканий. При экологическом обосновании намечаемой деятельности прогноз ответной реакции геосистемы является более приоритетным, чем определение достаточно условной границы влияния линейного объекта, поскольку именно от последствий зависят допустимость ожидаемого воздействия и возможность реализации проекта строительства. Граница зоны воздействия на компоненты природной среды находится в пределах биогеоценоза и в большинстве случаев совпадает с его границей. Границы биогеоценоза - переходные полосы, за пределами которых меняется соотношение средообразующих компонентов, а следовательно, и структура биоценоза [1]. Эти границы всегда являются переходными зонами, разделяющими доминантные и периферийные виды, характерные для разных биоценозов. Поэтому граница любой геосистемы представляет собой не геометрическую, а функциональную характеристику и в природной среде проводится достаточно условно. Размеры биогеоценозов, изучаемых при изысканиях, определяются минимально необходимым объемом или площадью, которые обеспечивают систему всеми ресурсами и создают устойчивый круговорот вещества и энергии, геоморфологическими и геологическими особенностями трассы изысканий и могут существенно отличаться друг от друга. Выводы 1. Оценка экологических условий трассы линейного объекта при проведении инженерноэкологических изысканий должна осуществляться по биогеоценозам как элементарным структурным единицам биогеоценотической организации жизни. Биогеоценозы наследуют основные особенности рельефа, геологических и гидрогеологических условий, отражают их в биоценозе и приобретают свои специфические черты. По всей трассе изысканий должна производиться типизация природных условий по биогеоценозам. Ответные реакции типичных биогеоценозов на воздействие линейного объекта будут аналогичны друг другу, что позволит оптимизировать проведение изысканий. 2. Все биогеоценозы, пересекаемые трассой линейного сооружения, являются объектами инженерно-экологических изысканий. Ширина и конфигурация территории изысканий определяются границами этих биогеоценозов и по длине трассы могут быть различными, что соответствует особенностям формирования конкретной геосистемы. 3. Устойчивость каждого конкретного биогеоценоза и его ответная реакция на воздействие линейного объекта определяют допустимость намечаемой деятельности и являются основой экологического обоснования планируемой деятельности при инженерно-экологических изысканиях. Список литературы 1. Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии, 1989. 406 с. URL: http://www.edudic.ru/eco. 2. Инструкция по экологическому обоснованию хозяйственной и иной деятельности. М.: Минприроды России, 1995. 3. Караваева Т.И., Тихонов В.П. Геосистемное обоснование выбора границ территории проведения инженерно-экологических изысканий // Инженерные изыскания. 2012. № 11. С. 70-74. 4. Лавренко Е.М., Дылис Н.В. Успехи и очередные задачи в изучении биогеоценозов суши в СССР // Ботанический журнал. 1968. Т. 53. Вып. 2. С. 45. 5. Остроумов С.А. Новые варианты определения понятий и терминов «экосистема» и «биогеоценоз» // Доклады Российской академии наук. 2002. Т. 383. № 4. С. 571-574. 6. РД 153-39.4Р-128-2002 (ВСН). Инженерные изыскания для строительства магистральных нефтепроводов. М.: ОАО «АК “Транснефть”», 2002. 7. Руководство по оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации объектов дорожного хозяйства. М.: Минтранс РФ, 2001. 8. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. М.: Госстрой РФ, 1996. 9. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1978. 320 с. 10. СП 11-102-97. Инженерно-экологические изыскания для строительства. М.: Госстрой РФ, 1997. Выходные данные: Журнал «Инженерные изыскания», №6/2013, С. 62-67
