Гидробиологический режим водохранилищ, нижних бьефов и связанных с ними водоемов формируется следуя изменениям качественного состава водной среды, обусловленным зарегулированием стока.

Под влиянием загрязняющих веществ происходят изменения в качественном и количественном составе биоценозов: одни виды исчезают, другие развиваются с высокой степенью их продуцирования. Изменения видового состава происходят уже при столь слабом загрязнении воды, которое может быть не обнаружено с помощью химических методов.

Биоту зарегулированных рек следует рассматривать в трех основных аспектах: как непосредственно эксплуатируемый природный ресурс, как индикатор экологического состояния и как фактор формирования качества воды [13]. Концентрация органического вещества в воде зарегулированных водных потоков имеет прямую зависимость от интенсивности биотического круговорота в объеме воды в единицу времени.

Содержание фитопланктона, нитчатых водорослей, микробной составляющей характеризует качество поверхностных вод. На этой основе разработана [20, 24] система комплексной экологической оценки качества поверхностных пресных вод. Эта система, являющаяся одной из наиболее полных из ныне существующих для получения характеристики состояния водных экосистем, составлена на основе анализа качественного и количественного состава гидробиоценозов и учитывает гидрофизические и гидрохимические показатели, которыми необходимо руководствоваться при оценке влияния хозяйственной деятельности на водный объект в соответствии с нормативными документами, утвержденными уполномоченными органами РФ в области охраны окружающей среды.

При оценке влияния гидротехнических сооружений на гидробиологический режим водотока следует иметь в виду, что водотоки являются сложной самовоспроизводящейся экосистемой, обладающей гомеостазом, т.е. способностью сопротивляться возмущающему воздействию внешних абиотических факторов. Это свойство водных экосистем обеспечивается прямыми и обратными связями (энергетическими и информационными) неорганических и биотических компонентов. Сохранение гомеостаза возможно лишь в определенных пределах изменения внешних абиотических факторов — пределах сопротивляемости системы (резистальности). Выход фактора за эти пределы приводит к гибели экосистемы. Длительное существование экосистемы возле верхней или нижней границы сопротивляемости ведет к постепенной ее деградации и, в конечном итоге, к гибели [21, 22].

Сооружение гидроузлов приводит к нарушению гомеостаза экосистемы. В верхнем бьефе река, как экосистема, уничтожается полностью, а на ее месте образуется водохранилище - новая природно-техническая система, еще не ставшая экосистемой и, соответственно, не имеющая свойств самовоспроизводства и гомеостаза. В нижнем бьефе номинально сохранившаяся речная экосистема претерпевает изменения, вызванные зарегулированием стока, в результате чего нарушается гомеостаз системы, что может привести к ее деградации.

Основой речной экосистемы является собственно река с придаточными водоемами (заливы, ерики и т.п.), пойма, включающая пойменные озера, луга с древесно-кустарниковой растительностью, прилегающая к пойме склоновая терраса с ее флорой и фауной.

Биологическая продуктивность русла реки зависит от скорости потока. В реках со значительными скоростями течения (более 1 м/с) преобладают прикрепленные формы водной растительности, а толщу потока населяют, способные противостоять течению рыбы, крупные беспозвоночные. Наличие растительного и животного планктона характерно для рек со скоростями течения менее 1 м/с.

Зарегулирование стока оказывает наиболее ощутимое воздействие на гидробиологический режим руслового и пойменных потоков. При оценке влияния изменений, вызванных гидросооружениями, необходимо учитывать, что русло реки и в зарегулированных условиях остается местом сохранения речной биоты во время неблагоприятного зимнего периода, а также местом нереста и инкубации икры наиболее ценных в промысловом отношении рыб (сиговые, лососевые, осетровые, налим).

Наиболее продуктивной частью речной экосистемы является пойма как с точки зрения образования "первопищи" для водных, околоводных и наземных сообществ, так и с позиций получения хозяйственно ценной продукции (рыб, пушной и пернатой дичи, сена). Пойма имеет важное значение, особенно возле крупных городов, при рекреационном использовании экосистемы реки в целом. Затопление поймы во время весенне-летне-осенних половодий и паводков является основой биотического круговорота экосистемы реки в естественных условиях. При этом происходит удобрение поймы - обогащение ее основными биогенными элементами (Р, Na, К), микроэлементами, взвешенным органическим веществом. Малая толщина водного слоя обеспечивает быструю прогреваемость воды и способствует интенсификации процесса обмена веществ всех организмов, поскольку интенсивность этого процесса связана с температурой. Пойменные озера и временные водоемы являются местом нереста и поднаращивания личинок весенненерестующих рыб. В заливаемой пойме урожай трав на порядок и более выше, чем в соседних зонах. То же самое относится к образованию кормов для животных разных биологических видов от простейших до млекопитающих, в том числе и промысловых.

При зарегулировании рек на пойму нижнего бьефа поступает осветленная вода, обедненная илистыми частицами и микроорганизмами, которые частично задерживаются в водохранилище. Результатом этого может явиться снижение биологической продуктивности поймы.

Придаточные водоемы реки (заливы, затоны и т.п.) испытывают меньшее влияние зарегулирования стока и сохраняют в основном благоприятные условия образования "первопищи" для всей трофической сети экосистемы: первичной продукции фитопланктона некоторых прикрепленных форм растений, приносимых извне готовых органических веществ.

При оценке влияния зарегулирования стока на экосистему нижнего бьефа важно иметь в виду следующие факторы:

1. Изменение количества поступающего с водой тепла. Последствия этого фактора наиболее заметны в зимний период, когда происходит изменение длины полыньи в зависимости от температуры поступающей в нижний бьеф воды (глубинный, поверхностный водозабор), ее расхода и температуры воздуха.

2. Поступление дополнительного количества биогенных элементов в минеральной форме. Это явление имеет место при глубинных водозаборах, когда вода забирается из гиполимниона стратифицированного водохранилища, где концентрация биогенов на порядок выше, чем у поверхности (в эпилимнионе) [23]. При наличии в русле твердых грунтов (скала, камень, крупная галька) ниже водопропускных сооружений образуются водорослевые маты из нитчатых водорослей, которые, отрастая, обрываются, загрязняя нижележащие участки реки.

3. Снижение годового стока и его перераспределение. Снижение стока происходит на любом гидроузле, главным образом, за счет испарения и фильтрации, особенно значительных в регионах с поливным земледелием. Межсезонное перераспределение стока приводит к противоречию требований максимальной выработки энергии и сезонной ритмики биотических процессов в экосистеме.

В результате речные экосистемы нижних бьефов гидроузлов номинально продолжают существовать (гомеостаз, в принципе, еще сохранен), но во многих случаях может происходить их деградация вследствие функционирования у нижних пределов сопротивляемости системы.

Изменения животного мира

Особенностью влияния гидростроительства на природные комплексы и их компоненты является создание в пределах территории влияния новых экосистем, которые имеют иной качественный и количественный уровни круговорота веществ в природе.

Создание водохранилищ, каналов и т.п. коренным образом изменяет местный ландшафт. Это может отрицательно повлиять на привычный образ жизни и рефлексы животных: сезонные пути их миграции, изменение мест водопоя, условия их зимования, поисков пищи и т.п. В совокупности с изменениями климата изменения ландшафта могут привести к ухудшению условий гнездования птиц, повлиять на пути перелетных птиц. Зимние затопления пониженных территорий (обычно в дельтах зарегулированных рек) неблагоприятно сказываются на местах обитания мелких животных.

Интенсивность влияния факторов гидростроительства на природные комплексы и их компоненты на разных этапах строительства и эксплуатации неодинакова. Выделяется четыре основных периода (или стадии) влияния гидроузлов на окружающую среду:

· период строительства - от начала стройки до наполнения водохранилища до НПУ;

· заселение природных комплексов в первые десять лет существования водохранилища;

· созревание фаунистических и флористических компонентов природных комплексов во второе десятилетие существования водохранилища;

· стабилизация природных комплексов на территории влияния, наступающая обычно спустя 20 лет после наполнения водохранилища.

Следует учитывать также необходимость зонирования всей территории, на которую распространяется влияние гидроузла, на три основных участка, имеющих свою специфику:

· район расположения основных сооружений и окружающей хозяйственной инфраструктуры;

· водохранилище (верхний бьеф);

· нижний бьеф.

Многообразие видов животных определяет разную их реакцию на те или иные проявления влияния гидросооружений на окружающую среду.

При оценке воздействия гидротехнического строительства на животный мир должны учитываться следующие основные тенденции:

1. Снижение биологического разнообразия. Речные долины (пойма) являются зоной повышенного биотопического и видового разнообразия. Создание водохранилища может вызвать исчезновение уникальных экосистем и отдельных видов в зоне влияния водохранилища.

Высока вероятность деградации и потери целого ряда популяций животных, находящихся на пределе распространения. Снижение биоразнообразия может происходить не только за счет исчезновения редких видов, но и за счет исчезновения некоторых фоновых видов.

2. Снижение биологической продуктивности на склонах побережий водохранилища. Появление водохранилища во многих случаях приводит к разобщению кормовых и защитных станций. Этот фактор, наряду с затоплением долинных мест обитаний, усилением браконьерства и охоты на хищников, а также увеличением частоты гибели животных от травм, может явиться одной из основных причин снижения численности животных на склонах побережий водохранилища.

Частичное восстановление биопродуктивности возможно только при условии проведения определенного комплекса природоохранных мероприятий.

3. Вынужденные концентрации млекопитающих в районах выклинивания подпора водохранилища на реке и ее притоках. Потребность в восполнении утраченных и нарушенных природных комплексов, имевших в своем составе долину относительно крупной реки, животные будут пытаться восполнить за счет сохранившихся долин и каньонов. На притоках будет отмечаться тенденция к формированию зон повышенной численности и миграционной активности большинства видов млекопитающих.

Сохранившиеся после заполнения водохранилища долины могут способствовать стабилизации и частичному восстановлению нарушенных экосистем, в том числе сохранению биологической продуктивности. Для объективной оценки состояния экосистем необходимо проведение экологического мониторинга, который позволит получить ряд многолетних наблюдений, характеризующих длительный цикл воздействия гидростроительства на фауну рассматриваемой территории.

Для каждого типа мест обитаний животных в пределах территории влияния гидростроительства составляются списки видов, определяется их численность. Биомасса животных разных видов до гидростроительства является базовой и для прогнозирования изменений в сообществах в разные периоды функционирования гидросооружений.

Выявление разницы в биомассе животных в условиях изменившейся экосистемы в сравнении с предшествующими первичными экосистемами до создания гидроузла является основным принципом расчета ущербов.

Различают качественный и количественный ущерб животному миру в пределах территории влияния гидроузла.

Количественный ущерб - влияние гидростроительства на круговорот вещества в экосистемах за счет изъятия определенной биомассы животных как компонента природных комплексов. Показателями ущерба являются:

· полное изъятие части популяции видов, населявших зоны затопления, переработки берегов и сильного подтопления водохранилища;

· недополучение вторичной продукции в виде молодых особей.

Количественная сторона ущерба может быть представлена в стоимостном выражении. В основном, расчет ущерба, наносимого в результате гидростроительства, относится к наземным позвоночным животным. Стоимостная оценка биомассы дается для различных групп животных и отражает их потребительскую стоимость в зависимости от хозяйственного использования и значения для экономики. Выделяют три основных группы видов:

· охотничье-промысловые;

· редкие и исчезающие виды, занесенные в Красную Книгу;

· хозяйственно неиспользуемые.

Качественная сторона ущерба животному миру при гидростроительстве заключается в нарушении биоразнообразия сообществ:

· в снижении видового разнообразия;

· в изменении структуры сообществ;

· в переходе массовых и обычных видов в категорию редких и исчезающих.

Качественный ущерб может быть выражен только в экологических понятиях.

Эколого-экономический ущерб животному миру на территории влияния гидроузла определяется как сумма ущербов в различных зонах влияния. Если ущерб обусловлен деятельностью, изменяющей среду обитания животных и приводящей к нарушению воспроизводства популяции, то размер компенсационных выплат устанавливается с учетом всей территории, испытывающей негативное влияние на все время этого влияния.

Порядок оценки эколого-экономического ущерба, нанесенного животному миру в результате гидростроительства, определяется с использованием Методики [29].

Изменения растительности

Использование земли для строительства гидротехнических сооружений и создания водохранилищ приводит к отчуждению и сокращению площадей, занятых растительностью (луговой, кустарниковой, лесной и т.д.), а также к изменению условий произрастания растительности на территории, подверженной влиянию гидроузла. Изменение влажности и гидрохимического состава почв, изменение климатических условий вблизи водохранилищ и их нижних бьефов может оказать заметное влияние на интенсивность развития растений, создать благоприятные условия для одних видов и неблагоприятные для других. Эти вопросы должны найти отражение при анализе воздействия ГТС на окружающую среду.

Процессы, происходящие на прибрежной зоне водохранилища (подтопление, переработка берегов, изменение микроклимата), их масштабность и разнонаправленность будут влиять на изменение характеристики биологического разнообразия - численность и качество экологически консервативных представителей биоты, особенно на популяции редких и исчезающих видов растений, которые острее других компонентов биоты реагируют на природные и антропогенные воздействия. Так в результате подтопления и изменения микроклимата растительный покров меняется в сторону мезофитизации и гигрофитизации. В целом создание водохранилищ может оказать впоследствии негативное влияние на генофонд, особенно редких видов растений, которые окажутся в зоне его воздействия. Однако имеются примеры и положительного влияния изменения климата на прирост лесов в различных природных зонах.

В нижнем бьефе в результате зарегулирования стока изменяются условия, формирующие почвенный покров и пойменную растительность. Формирование естественных лугов и их качество (краткопоемные, среднепоемные, долгопоемные) обусловлено частотой и продолжительностью затопления весной, степенью выраженности аллювиального процесса, что тесно связано с рельефом местности, высотным расположением лугов в долине реки, климатическими условиями района. Одним из характерных примеров изменения условий служит рассмотренный в процесс преобразования русловых побочней в пойму, обусловленный регулированием стока и трансформацией русла.

Вследствие снижения паводковых расходов происходит осуходоливание (обезвоживание) пойменных земель. Одновременно с этим за счет снижения продолжительности затопления улучшается режим увлажнения земель, расположенных ниже зоны осуходоливания, происходит снижение частоты и продолжительности затопления поймы, что приводит к трансформации поемности лугов (в сторону увеличения суходольных и краткопоемных) более низкого кормового качества.

Обезвоживание отрицательно влияет на пойменные заливные луга (сенокосы и пастбища), расположенные в пределах горизонта паводка 25% обеспеченности. Однако для некоторых природных зон этот фактор может носить и положительный характер, например, снижение пойменной заболоченности при регулировании стока на участках нижнего бьефа Колымской и Усть-Среднеканской ГЭС.

Изменение водного режима реки в результате зарегулирования стока может привести к сокращению площади поймы, инициировать изменение сложившегося в предшествующий период динамического равновесия в направлении формирования нового равновесного состояния пойменных ландшафтов (во многих случаях с преобладанием процессов облесения) в соответствии с изменившимся комплексом факторов поймообразования.

Изменения первичных экологических режимов пойменного комплекса затрагивают все его составляющие: луга, болота, древесно-кустарниковые сообщества, прибрежно-водные сообщества.

Изменение в растительном покрове поймы нижнего бьефа происходит и в результате срезки уровней в период летне-осенних наводнений (в основном это положительное влияние), что должно также учитываться при прогнозировании водного режима зарегулированных водотоков.

Зимние затопления поймы и образование на ней наледей с вероятностью повторения более 25% ведут к деградации растительного покрова в болотный (гигрофиты) тип с низкой хозяйственной и биологической ценностью.

Образование в нижнем бьефе в зимний период полыньи и изменение микроклимата в прибрежной полосе (повышение влажности и температуры, появление туманов) также может оказывать угнетающее влияние на растительный покров прибрежных территорий.

При определении влияния гидротехнического строительства на растительность следует прогнозировать возможные изменения, которые касаются:

· флористического разнообразия растительности;

· количества основных (преобладающих), а также редких и исчезающих видов растительности;

· ареалов распространения различных видов растительности;

· структуры растительного и почвенного покрова на различных участках местности в зоне воздействия объекта;

· соотношения площадей, занятых различными видами растительности;

· границ растительных сообществ и размеров участков, подвергающихся подтоплению, заболачиванию, иссушению.

Для снижения неблагоприятного воздействия на растительность в проекте строительства гидроузла должны намечаться мероприятия по сохранению редких и исчезающих видов растительности (перенос на другие участки, сбор семян и др.).

В существующей практике прогноза преобразования пойменного комплекса в нижнем бьефе в результате строительства гидроузлов при удовлетворительной прогнозируемости долгосрочных изменений имеются затруднения в предсказании краткосрочных процессов (на 10-15 лет), что связано с отсутствием необходимых материалов о состоянии компонентов экосистем и процессах их эволюционных и циклических изменений.