Экологический сток

При установлении нормативов предельно допустимого изъятия речного стока нет единого подхода, и ключевой является задача определения величины "критического" стока воды, не обеспечение которого негативно сказывается на речной экосистеме, т.е. вызывает ее деградацию. На данный момент степень предельно допустимого истощения водных ресурсов (ПДИ) экологически не обоснована и не имеет официальных нормативов.

В качестве экологического критерия, регламентирующего безвозвратное изъятие водных ресурсов из водотоков, целесообразно использовать значение экологического стока. Под экологическим стоком понимается режим речного стока, необходимый для поддержания экологической целостности речных экосистем (Фащевский Б.В., 1993; Дубинина В.Г., 2002; Маркин В.Н., 2003; Dyson et al ., 2003; Владимиров А.М., Орлов В.Г., 2005; Данилов-Данильян В.И., 2006; и др.).

Для сохранения водных экосистем необходимо ограничить допустимую степень регулирования определенными рамками в виде соответствующей величины стока, названного экологическим. При этом количественная оценка экологического стока, базируется на оценке взаимосвязи элементов гидрологического режима и биоценозов поймы русла.

Термин "экологический сток" подразумевает внеэкономический подход. Экологический сток учитывает фазы развития водного режима и включает и весеннее половодье, и дождевые паводки, и летнюю и зимнюю межени. При этом использовать термин "минимальный" (необходимый, допустимый и т.п.) представляется недопустимым, т.к. остаточный экологический сток весеннего половодья и дождевых паводков в год 25%-ной обеспеченности принимается равным естественному стоку 50%-ной обеспеченности. Поэтому о минимуме говорить не корректно.

Экологический сток учитывает весь природный комплекс речных систем – рыбу, луга, леса, птиц, млекопитающих, поэтому отпадает необходимость говорить о сельскохозяйственных, рыбохозяйственных и т.п. расходах (попусках), обеспечивающих необходимые глубины, скорости, затопление поймы и т.п [30].

Анализ кривых связи урожайности пойменных лугов, воспроизводства фито- и зоопланктона, донных беспозвоночных и уловов рыбы со сдвигом на срок достижения промыслового возраста, воспроизводства околоводных млекопитающих и птиц с гидрологическими характеристиками показывает, что для средних и крупных рек минимум продуктивности приходится на очень маловодные и очень многоводные годы, а по мере приближения к среднему по водности году воспроизводство всех видов организмов нарастает и достигает максимума. Следует при этом помнить, что этот вывод относится к средним многолетним кривым, а в отдельные годы могут наблюдаться отклонения в ту или иную сторону от средней.

Слабое затопление или незатопление поймы в весенне-летний период приводит к снижению площади кормовых угодий и кормовой базы всех видов рыб (т.к. пойма является основной фабрикой кормов всех гидробионтов), что ведет к резкому снижению их воспроизводства. Маловодье осенне-зимнего периода нарушает условия нереста литофильных рыб, особенно в период ледостава отмечается заморы и перемерзание нерестовых бугров осенне-нерестующих видов. Отсутствие затопления поймы снижает урожайность луговой растительности и ухудшает условия воспроизводства водоплавающих птиц и млекопитающих (снижение кормовой базы, ухудшение условий гнездования и т.п.).

Таким образом, на кривой обеспеченности гидрологических характеристик (объемов половодья, сроков затопления, среднего уровня за половодье, глубины межени и др.) выделяются предельные значения величин соответствующей частоты повторения, которые могут быть обозначены как красные линии – 0,1 и 99,9 %. Действительно, хорошо известно, что в течение ближайших 1000 лет необратимых изменений в большей части речных и озерных экосистем в естественных условиях развития природы (без воздействия человека) не произошло, т.е. имели место катастрофически многоводные и катастрофически маловодные годы, очень многоводные и очень маловодные (5-10 % и 90-95 % обеспеченности, повторяющиеся иногда 2 года подряд). Однако по мере дальнейшего повторения лет, близких по водности к среднему (40-60 % обеспеченности) с учетом внутригодового режима, экосистема восстанавливалась в исходное состояние. В этом случае устойчивость экосистемы, ее гомеостаз обеспечиваются ритмическими колебаниями гидрологических характеристик по вертикали (по величине), по горизонтали (по времени внутри года) и по частоте (по времени от года к году).

Устойчивость или надежность геосистемы оценивается вероятностью его безотказного функционирования в течение длительного периода времени в определенных граничных условиях. Устойчивость речных геосистем (экосистем) зависит от устойчивости ее отдельных компонентов. В естественной природе надежность функционирования геосистем (экосистем) приближается к 100%, однако никогда не достигает этой величины вследствие того, что и в естественной обстановке существуют природные катаклизмы (катастрофы) – землетрясения, селевые паводки, вулканическая деятельность, подвижки ледников, катастрофические засухи и др.

Учитывая, что надежность и устойчивость эко- и геосистем базируется на вероятностных процессах, описываемых кривыми распределения, кривая распределения в этом случае описывает некую систему, способную сохранять устойчивость в пределах колебаний от 0,1 до 99,9%-ной обеспеченности. Подтверждением этому служат сравнительные данные параметров кривых распределения (обеспеченности), характеризующих речной сток (половодья, паводков, межени), кислородный режим, урожайность лугов, уловы рыбы, урожайность сеголеток рыбы, биомассу и численность зоопланктона, добычу шкурок и др.

Нижний предел допустимых изменений может расцениваться по степени равноущербности компонентам живой природы в расчетные по водности годы. Известно, что для большинства рек в период весеннего половодья в годы 95%-ной обеспеченности поймы их не затапливаются. Аналогичная картина наблюдается в половодье и в годы 99%-ной обеспеченности [30].

В целом годовой сток 99%-ной обеспеченности соответствует вековым запасам водных ресурсов в речной системе. Аналогично в озерах уровень 99%-ной обеспеченности соответствует вековым запасам воды в озере.

Верхним пределом, соответствующим наиболее благоприятным экологическим уровням жизни реки является год 95%-ной обеспеченности по водности. Таким образом, относя 50%-ный естественный сток к 25% обеспеченности экологического стока и 99%-ный естественный сток к 95% экологического и соединив их логнормальной кривой на клетчатке вероятностей, мы получаем кривую обеспеченности экологического стока [30].

Следует отметить, что речной сток, выражаемый расходами воды в оставляемых ниже створах регулирования и изъятия водных ресурсов для охраны природы несет в себе большую смысловую нагрузку, чем только количество воды. Поэтому экологический сток служит комплексным показателем, учитывающим все перечисленные выше гидрологические характеристики.