Качество воды и сохранение водных экосистем

Общие положения. Водохозяйственные проекты должны планироваться и осуществляться без причинения ущерба окружающей среде. Кроме того, они должны реализовываться с соблюдением требований стандартов по качеству воды с тем, чтобы избежать вредного воздействия на водные экосистемы и качество воды. Этим вопросам посвящен данный раздел Руководства.

В следующем разделе 4.10 рассматривается более широкий вопрос управления природопользованием на реках в контексте их морфологии и экологии, уделяя особое внимание воздействиям, которые водохозяйственные проекты могут оказывать на речные экосистемы, и методам, которые обычно применяются для предотвращения или смягчения последствий.

Существуют тесные связи между некоторыми количественными характеристиками водных объектов, например водным режимом и разбавляющей способностью вод в реках, или продолжительностью заиления и стратификацией озер, а также их экологическим состоянием и качеством воды.

Поскольку в связи с осуществлением водохозяйственных проектов некоторые из этих количественных характеристик часто меняются, то оценка или прогнозирование воздействий на окружающую среду становятся возможными, если такие связи хорошо изучены и определены. К сожалению, такие зависимости могут быть очень сложными и в ряде случаев выражены только в качественном измерении.

Кроме того, данные, необходимые для определения их параметров, часто недоступны на практике. По этой причине естественно, что могут быть сделаны только приблизительные оценки качества воды и воздействий водохозяйственных проектов на окружающую среду.

Некоторые действия по защите качества воды и водных экосистем были рекомендованы Организацией Объединенных Наций на Международной конференции по водным ресурсам и окружающей среде: проблемы развития в XXI веке (United Nations, 1992). Рекомендации по разработке и практической реализации экологически безопасных водохозяйственных проектов, а также по смягчению последствий, восстановлению экосистем и модернизации существующих проектов и ссылки на дополнительные подробные источники можно найти в работах Петса (Petts, 1984), Гора и Петса (Gore and Petts, 1989), а также в публикациях Всемирной комиссии по плотинам (2000).

Рекомендации относительно гидроэнергетики и ирригации доступны у Брукса (Brookes, 1988) и Гардинера (Gardiner, 1991), а с рекомендациями относительно проектов по строительству каналов можно ознакомиться у Брукса и Шилдса (Brookes and Shields, 1996). Что касается проектов по управлению речными ресурсами — рекомендации доступны в публикациях Cowx and Welcomme (1998) и WMO/GWP (2006). Томанн и Мюллер (Thomann and Mueller, 1987), Чин (Chin, 2006) предложили обоснованные рекомендации по теме качества воды в реках, озерах и водохранилищах.

Связь между количеством и качеством воды. Ручьи и реки. Изменчивость качества речных вод тесно связана с изменчивостью речного стока. Влияние изменений речного стока на содержание в воде различных веществ разносторонне и может проявляться в различных направлениях. Увеличение водности реки обычно ведет к следующим явлениям:

- более интенсивное разбавление загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами;
- увеличение содержания взвешенных твердых частиц, поступающих с поверхностным стоком и за счет взмучивания донных отложений;

- высвобождение веществ, абсорбированных или выпавших в осадок, таких как фосфаты и тяжелые металлы;
- увеличение биохимического потребления кислорода из-за вымывания раскисляющих веществ из речного русла;

- уменьшение доли подземной составляющей речного стока, приводящее обычно к снижению pH;
- вымывание и, как следствие, уменьшение бентосных организмов и уменьшение времени восстановления;

- ослабление воздействия залповых сбросов загрязняющих веществ;
- уменьшение поглощения солнечной радиации и соответственно снижение температуры воды и интенсивности фотосинтеза;
- повышение турбулентности и улучшение аэрации и, как следствие, — повышение содержания растворенного кислорода в сочетании с понижением температур.

Последовательность и время наступления высоких расходов являются определяющими факторами в развитии многих из перечисленных выше явлений. Вторая паводочная волна, следуя сразу за первой, может несколько усилить воздействие первого паводка. Оттепель и осадки после длительного холодного периода могут привести к резкому увеличению притока соленых вод с дорог, покрытых противоналедной смесью, и к резкому повышению содержания натрия и хлора, несмотря на увеличение стока (см. ссылки на эти факторы в разделе 4.7).

Вид землепользования, тип почвы, растительный покров и другие характеристики той части водосборного бассейна, в которой формируется паводок, являются еще одной группой факторов, оказывающих значительное влияние на степень изменения качества воды, вызванного паводком.

Если подъем речных вод приводит к значительному затоплению поймы, то появляются дополнительные факторы, оказывающие влияние на качество воды. Наиболее существенные из них — следующие:

- ослабление паводка в связи с расширением русла, приводящее к уменьшению стока, и отсюда — к снижению влияния явлений, перечисленных выше в подпунктах (a)-(i);

- увеличение соотношения «водная поверхность- объем воды», что создает благоприятные условия для поглощения солнечной радиации, повышения температуры воды и хода фотосинтеза;

- снижение скорости течения в пойме, приводящее к уменьшению реаэрации и отложению потенциально загрязненных взвешенных частиц за пределами основного русла;

- усиление контакта с ранее аккумулированными наносами, различными типами почвенных структур, свалками мусора, водоочистными сооружениями, промышленными химикатами и т. д., что ведет к загрязнению реки.

В периоды низкого стока обычно наблюдаются противоположные явления. Кроме того, меженные периоды часто сопровождаются относительно высокой суточной изменчивостью характеристик качества воды, например содержания растворенного кислорода, диоксида углерода, pH и температуры воды.

В условиях засушливого климата влияние испарения на концентрацию различных веществ в воде может быть существенным. В холодном климате в зимнюю межень может также отмечаться дефицит кислорода всякий раз, когда ледяной покров препятствует процессу реаэрации.

Крупные озера и водохранилища. Термическая стратификация является результатом воздействия естественных факторов. Однако тепловое «загрязнение» и повышенная температура воды вследствие уменьшения притока могут быть обусловливающим или способствующим фактором (см. раздел 4.9.5.4).

На рисунке II.4.45 показан типичный профиль температурной стратификации в летний период для крупного водохранилища. Температурная стратификация может привести к стратификации растворенного кислорода, особенно в богатых биогенными веществами мезо- и эвтрофных озерах и водохранилищах, а также к стратификации других растворенных веществ.

Рисунок II.4.45. Репрезентативный профиль, показывающий летнюю стратификацию в большом водохранилище с высокой дамбой

Эпилимнион, или верхний слой воды, который летом теплее других слоев, обычно отличается лучшим качеством воды. В нем можно ожидать пониженное содержание силикатов, способствующих росту диатомовых водорослей, более низкие значения жесткости воды за счет выпадения осадков и, самое главное, повышенное содержание растворенного кислорода в результате обмена с атмосферой и фотосинтеза с участием фитопланктона и макрофитов.

В гиполимнионе — нижнем слое воды — вода летом холоднее других слоев и наблюдается пониженное содержание растворенного кислорода. Различные потенциально вредные вещества часто скапливаются в этом слое вследствие их оседания на дне, адсорбции донными отложениями, поглощения живыми организмами, которые, умирая, разлагаются на дне озера (см. раздел 4.9.5.3).

Анаэробное разложение водорослей и организмов может происходить и в гиполимнионе. Можно ожидать в гиполимнионе тенденции к увеличению концентрации аммония и сероводорода, уменьшению концентрации нитратов и сульфатов, аккумуляции наносов и иногда тяжелых металлов и периодическому увеличению содержания железа, марганца и фосфатов.

В ходе обмена, вызываемого сезонным охлаждением поверхностного слоя озера, наблюдается конвективная циркуляция как следствие вертикального перемешивания воды озера и гомотермии. В глубоких озерах и водохранилищах с большим объемом гиполимниона этот обмен может привести к гибели рыбы и другим проблемам, т. к. большой объем воды низкого качества смешивается с водой эпилимниона более высокого качества.

Кроме перечисленных выше, могут иметь место следующие воздействия:
- в крупных озерах и водохранилищах органический материал разлагается в большей степени из-за длительного времени пребывания в этих водных объектах;
-различия в качестве воды по этой причине незначительны;

- качество воды в реках, вытекающих из водохранилища, сильно зависит от наличия стратификации и глубины расположения впускного отверстия, в то время как реки, вытекающие из естественных, незарегулированных озер выносят из них воду эпилимниона.