Антропогенное воздействие на ихтиофауну внутренних водоёмов

Активная хозяйственная деятельность неразрывно связана с увеличением потребления воды. Несмотря на меры по экономии и рациональному использованию воды, объём водопотребления будет расти. Являясь составной частью природы, вода служит не только средством или орудием производства, но источником жизни и средой обитания многих видов растений, животных и организмов. Всякая деятельность человека, направленная на использование водных ресурсов, оказывает как прямое, так и опосредованное воздействие на экосистему водоисточников. Как показывает анализ деятельности водохозяйственного комплекса (ВХК) участниками которого являются гидроэнергетика, промышленность, сельское хозяйство, водный транспорт, рыбное хозяйство и др., интересы потребителей и их воздействие на водоём, порой, диаметрально противоположны, а при обеспечении запросов отраслей самым зависимым оказывается биоценоз, составной частью, которого является ихтиофауна (П.А. Михеев, 2000).

Очевидно, что основой методологии при решении проблем рыбоохраны в ХХI веке должен стать принцип создания бассейновых рыбоохранных комплексов, отвечающих требованиям социально-экономической стабильности, экологической надёжности и устойчивой рыбопродуктивности водоёмов.

О масштабах и последствиях влияния гидротехнического строительства на ихтиофауну внутренних водоёмов указывалось ещё в работах С.К. Троицкого, 1930; Г.К. Харчева, 1940; Н.И. Яндовской, 1939 и др. Общая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты, включая и рыбное хозяйство, рассмотрена в монографиях В.Д. Романенко и др., 1990 и П.А. Михеева, 2000.

Значительные потребности общества в водных ресурсах приводят к усилению их эксплуатации и негативному влиянию на состояние водоёмов. Являясь составной частью сложной природной системы, речной бассейн характеризуется множеством взаимосвязанных гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических параметров. Оценка уровня изменения отдельных или групп параметров системы в условиях интенсивной антропогенной нагрузки – задача весьма трудная. Вместе с тем, современное состояние экосистемы водоёма определяется не только техническим уровнем использования водных ресурсов, но и мерами природоохранного комплекса, и степенью заинтересованности водопользователей в этих мерах. Исходя из этого, материальная ответственность водопользователей, должна соответствовать степени влияния на экосистему.

В экологии установлен ряд закономерностей, определяющих взаимосвязь организмов со средой. К таким закономерностям относится правило интегрального ресурса, которое гласит – «конкурирующие в сфере использования конкретных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемый экологический компонент или всю экосистему в целом» (Н.Ф. Реймерс, 1994). Наглядным примером этой закономерности является деятельность водохозяйственного комплекса. Чем полнее используются водные ресурсы одним из участников комплекса (гидроэнергетикой, коммунальным хозяйством, водным транспортом, орошаемым земледелием, рыбным хозяйством), тем сложнее удовлетворяются потребности других. Причём, до настоящего времени сложилось такое положение, при котором интересы рыбного хозяйства учитывались меньше всего, несмотря на то, что являются более всего зависимыми от воздействия других отраслей.

Для анализа антропогенного воздействия на ихтиофауну внутренних водоёмов воспользуемся существующим в экологии понятием фактора (Н.Ф. Реймерс, 1994). Под фактором в данном случае подразумевается условие или любое существенное обстоятельство, влияющее каким-либо образом на отдельную особь, популяцию или биоценоз. Экологические факторы, в зависимости от свойств и характера влияния, разделяются на:

▪ абиотические (совокупность условий неорганического мира, неживой природы);

▪ биотические (прямое и опосредованное воздействие живого на среду, как в настоящем, так и в прошлом);

▪ антропические (совокупность прямого и косвенного воздействия человека на среду).

Указанные группы факторов, в свою очередь, включают множество других факторов природной среды. Ниже рассматривается содержание факторов антропического характера, воздействующих на ихтиофауну внутренних водоёмов. Приведенную ниже последовательность факторов следует рассматривать как своеобразную ранжировку по степени их отрицательного воздействия на гидробиоценоз и, прежде всего, на ихтиофауну.

Фактор химический, связанный с химическим составом водной среды. Источником данного фактора служат следующие явления:

· изменения стока биогенных веществ;

· химическое и механическое загрязнение в результате систематического сброса технологически использованных вод промышленными и коммунальными предприятиями и (или) аварий на хранилищах промышленных отходов и очистных сооружениях;

· использование пестицидов, минеральных удобрений в сельском хозяйстве и, связанный с этим, смыв их с полей, дренажный сток, а также стоки животноводческих комплексов;

· изменение гидрохимического режима водотоков при устройстве водохранилищ, как результат затопления лесов, торфяников и других объектов, уменьшения скорости течения воды, увеличения объёма испарения;

· загрязнение нефтепродуктами и другими отходами воднотранспортных средств;

· повторное загрязнение водоисточников в результате работы земснарядов и интенсивного судоходства;

· осолонение приустьевых участков моря, вызванное зарегулированием стока с отбором пресных вод на хозяйственные нужды (фактор солености);

· гниение продуктов лесосплава (древесины, щепы, коры);

· азотное перенасыщение воды в результате падения водных масс с большой высоты на водосбросах ГЭС и плотин.

Фактор техногенный, связанный с влиянием любых технических средств и мероприятий, оказывающих прямое воздействие.

Источником данного фактора служат следующие процессы и явления:

─ строительство гидроузлов на реках и создание водохранилищ;

─ безвозвратный забор воды на производственные и бытовые нужды;

─ работа агрегатов ГЭС, сброс воды посредством водосбросных сооружений;

─ строительство мостов, трубопроводов, дюкеров и других гидротехнических и иных сооружений в руслах рек;

─ работа земснарядов при дноуглублении и добыче донных ресурсов рек, озёр и морей;

─ движение судов и сплав леса;

─ промысловый и любительский лов рыбы;

─ создание рыбоводных заводов, нерестово-вырастных и прудовых хозяйств;

─ создание межбассейновых водных путей.

Фактор гидрологический, связанный, как правило, с результатами техногенного опосредованного воздействия. Характерной особенностью водных экосистем является большая подвижность водных масс. Изменение гидрографа, объёма и качества материкового стока оказывает значительное влияние на биотические и абиотические компоненты не только речных, но и морских экосистем. Под гидрологическим фактором подразумевается воздействие, связанное с динамизмом водных масс (режим стока, характер течений, взаимодействие потока и русла и др.).

Источником фактора служат следующие процессы и явления:

¨ изменение гидрологического режима водотока при его зарегулировании;

¨ изменение мутности воды в результате устройства водохранилища;

¨ затопление земель водохранилищем в верхних бьефах;

¨ отсутствие или сокращение и изменение сроков паводков в нижних бьефах при зарегулировании стока;

¨ усыхание устьевых проток при создании водохранилищ;

¨ колебание уровней воды в водохранилищах;

¨ оседание льда при понижении уровней воды в водохранилище и, наоборот, отрыв льда при повышении уровней в зимний период;

¨ заиление водотоков в результате водной эрозии на водосборе;

¨ изменение гидрологического режима водотока при освоении пойм (строительство дорог, мостов и др.);

¨ изменение топографии русел в результате зарегулирования стока.

Фактор термический, связан с воздействием температуры воды.

Источником данного фактора служат следующие явления:

Ø изменение температурного режима водотоков при создании водохранилищ;

Ø температурное загрязнение в результате сброса подогретых технологически использованных вод.

Фактор мутагенный, прямо или косвенно связан с изменением генетического кода. Источником фактора служат следующие явления:

- повышение радиоактивности среды;

- загрязнение отдельными химическими препаратами (например, ДДТ);

- изменения на уровне генов при искусственном воспроизводстве.

Фактор физический, связан с физическим состоянием или явлением среды. Источником данного фактора являются:

- судовые волны, возникающие от движения крупнотоннажных судов;

- линии высоковольтных электрических передач, пересекающие водотоки.

Фактор беспокойства, оказывает прямое отрицательное воздействие на жизнь рыб. Источником данного фактора являются:

- суда речного флота и маломерный флот;

- места массового скопления людей (пляжи, лодочные станции и др.).

Следует отметить, что приведенный перечень является далеко не полным изложением существующих и возможных антропических воздействий на ихтиофауну. Некоторые из указанных явлений встречаются чрезвычайно редко, а между отдельными факторами существует тесное взаимодействие и их влияние на ихтиофауну носит комплексный характер. Вместе с тем, сейчас происходит стабилизация воздействия отдельных отрицательных факторов на ихтиофауну, а в некоторых случаях восстановление изначальных ресурсов с помощью существующего комплекса мероприятий по охране и рациональному использованию рыбных запасов.

Однако современные методы оценки и экологического прогнозирования водных экосистем требуют количественных показателей воздействия, как отдельных факторов, так и их комплексов. Но соответствующие этим требованиям методики отсутствуют, а их разработка, и в первую очередь количественных показателей, является делом специалистов самых разных направлений науки и техники. Поэтому поиск путей оценки антропогенного воздействия на ихтиофауну внутренних водоёмов, сегодня является актуальным.

Предлагаемый ниже подход строится на базе всестороннего анализа имеющейся информации и мнения специалистов (экспертов), по материалам которого в дальнейшем возможна разработка соответствующих моделей.

Основным показателем состояния водной экосистемы рекомендуется принять рыбопродуктивность, так как снижение рыбопродуктивности является важным признаком её нарушения. Очевидным является организация водоохранной и рыбоохранной деятельности в направлении приведения параметров экосистемы водного объекта к природным значениям и стабилизации их в некотором интервале. В этом случае вклад участников водоохранного комплекса определялся бы стоимостью восстановления первоначального состояния водной экосистемы и поддержания её гомеостазиса.

Расчёт стоимости восстановления экосистемы является сложной задачей. Он должен базироваться на достоверном прогнозе экологической ситуации, оптимизации структуры и управления водоохранным и рыбоохранным комплексом. В настоящее время нет достаточно эффективных математических моделей сложных экосистем для выполнения этой работы. Вместе с тем, чтобы обоснованно распределить затраты на восстановление по водопотребителям, надо определить степень их влияния на экосистему.

Для этой цели в НГМА разработаны требования и основы создания информационно-экспертной системы оценки антропогенного влияния водопользователей на рыбопродуктивность речного бассейна (П.А. Михеев, 2000). Система содержит базу данных, набор математических моделей расчёта и прогноза параметров водной экосистемы, процедуру обработки экспертных оценок.

Информационно-экспертная оценка строится по принципу разделения большой проблемы на отдельные частные, имеющие иерархическую структуру (рисунок 1.1).

На верхнем уровне иерархии рассматривается список показателей рыбопродуктивности . Для каждого показателя эксперты назначают весовые коэффициенты , нормированные тем или иным способом. Например, , или , где − количество показателей рыбопродуктивности.

Следующий этап состоит в определении перечня факторов , оказывающих непосредственное влияние на показатели списка .

Это может быть, например, изменение состава промысловых стад, исчезновение видов рыб, подрыв численности популяции каждого вида, разрушение генофонда и другие.

Перед экспертами ставится задача назначения коэффициентов влияния каждого элемента перечня на все элементы списка , то есть следует определить коэффициенты , где − номер фактора в перечне ; − номер показателя рыбопродуктивности; − количество факторов . Эти величины также нормируются . В качестве весов влияния факторов на показатели рыбопродуктивности естественно принять величины:

; .

Рисунок 1.1 − Структура многоуровневой системы экспертиз

Третий уровень экспертиз составляет факторы списка , непосредственно влияющие на факторы : сокращение площади нагула рыб; сокращение нерестового ареала; подрыв рыбных запасов промыслом; разрушение генофонда; изменение кормовой базы; гибель икры и личинок; нарушение половой структуры стада и т.д. Оценки этих факторов вычисляются аналогично

, ; ,

где − нормированный коэффициент влияния -го фактора уровня
на -й фактор уровня ;

− количество факторов списка .

Далее определяются оценки влияния всевозможных параметров экосистемы на факторы и вычисляются весовые коэффициенты
, .

На первом этапе антропические изменения параметров экосистемы можно ограничить рассмотрением влияния трёх факторов:

1. Химического (изменения минерализации и состава солей, содержания растворённого кислорода, концентрации органических и биогенных веществ, тяжёлых металлов, пестицидов и других).

2. Техногенного (влияние гидроузлов, водозаборов, судоходства и др.).

3. Гидрологического (изменения водности, внутригодового перераспределения стока, скорости течения, сокращение нерестилищ и др.).

Большое число показателей (в водные объекты поступает до 420 видов вредных веществ), характеризующих состояние водной экосистемы, не даёт возможности с одинаковой тщательностью рассматривать каждый из них и заставляет проводить анализ в том или ином частном или обобщённом аспекте. Например, для рыбохозяйственно значимых водоёмов особенно важными показателями являются: состав взвешенных веществ и примесей, посторонний запах, мутность, температура, , минеральный состав, , , перманганатная окисляемость, биомасса фитопланктона, бактериальный состав. Показатели, имеющие второстепенное значение, учитываются в экспертизе как компоненты обобщённых критериев качества воды.

На последнем этапе экспертиз рассматривается влияние водопотребителей на параметры экосистемы, и рассчитываются экспертные оценки влияния на рыбопродуктивность

, ; .

Для определения коэффициентов − влияние -го водопользователя на -й параметр, в базу данных экспертной системы должны быть внесены паспортные данные водопользователей: поступающие в водный объект загрязняющие примеси из очистных сооружений предприятий, коммунальных служб, сельскохозяйственных угодий, с поверхностным стоком с территорий городов, животноводческих комплексов и т.д. Объёмы загрязняющих стоков должны оцениваться в настоящем времени и прогнозироваться на будущее. Кроме того, в экспертизе нужно учитывать вероятность аварии на данном предприятии и возможный при этом ущерб. В таком случае фактор риска оценивается величиной произведения вероятности аварии на ущерб от неё.

После проведения системы экспертиз водопользователям назначают выплаты, пропорциональные весам

.

Возможен подход, когда на каждом уровне экспертизы эксперты сами составляют список факторов. На каждом этапе эксперт должен указать структуру аргументов и степень знакомства с проблемой. Вес эксперта определяется величиной отклонения его оценки от средней, что особенно важно для проведения повторных экспертиз по методу Делфи.

Следует учесть, что часто результат воздействия на экосистему проявляется не сразу, а по истечении некоторого времени. Это заставляет в экспертной системе рассматривать не только показатели реальной рыбопродуктивности, но и их значения в последующем, в характерные периоды спадов и подъёмов, а также этапы, когда, по мнению экспертов, наступит существенное изменение экологической ситуации. Различные участки речного бассейна или водоёма, имеют разную значимость по их роли, как места нереста, нагула и зимовки рыб, кроме того, в течение года имеются периоды их особого рыбохозяйственного значения. Поэтому большую часть фактора списка следует рассматривать отдельно для каждого участка, в каждый выделенный период года. Тем самым учитывается время, место и протяжённость антропогенного воздействия.

Информационно-экспертная система представляет собой соединение методов субъективного оценивания с расчётами по математическим моделям. В частности, в неё можно включить математические модели расчётов рыбопродуктивности по фитопланктону, беспозвоночным, зоопланктону, микробентосу на основе биотического баланса. Для оценивания антропогенного воздействия необходимо представить большой объём разнообразной экологической информации в компактном и удобном виде. Это определяет использование статистических методов обработки ретроспективной и оперативной информации. При оценке влияния водопользователей на параметры экосистемы необходимо рассчитывать прогнозные тренды параметров и учитывать величины их отклонения от естественного режима. Такое сравнение можно проводить, используя математические ожидания параметров по участкам бассейна, по временным интервалам, а также другим статистическим характеристикам временных рядов наблюдений.

В более простом подходе к оценке антропогенного влияния возможно сравнение реальных и прогнозируемых значений показателей с принятыми в стране природоохранными нормами и правилами. Однако следует заметить, что эти нормы зачастую не имеют чёткого теоретического обоснования и сами являются результатами экспертной работы. Важной задачей является определение состояний экосистемы, характеризующихся нахождением параметров в заданных интервалах величин. Состояния следует характеризовать с точки зрения их влияния на рыбопродуктивность. Оценка вероятностей этих состояний может служить одной из задач, решаемых экспертами. Также необходимо учитывать вероятности критических ситуаций и экстремальных значений выбросов или концентраций токсических веществ в водоёме.