Гидроэкология. Охрана и рациональное использование речных систем

Введение. Некоторые виды воздействий, которые водохозяйственные проекты могут оказывать на качество воды, обсуждались в разделе 4.9. При этом любая попытка определить состояние речной экосистемы охватывает намного больше вопросов, чем просто оценку качества воды.

Безусловно, чистая вода необходима, но определенно не является достаточным условием для обеспечения гарантии того, что речная экосистема пребывает в надлежащем экологически здоровом состоянии. В ходе последующего обсуждения все внимание будет сосредоточено не на химическом составе воды, предполагая, что проблем с качеством воды нет, а на других аспектах состояния реки.

Прежде всего, это структура речной системы, пригодность среды обитания и биологическое разнообразие, естественные процессы, которые их определяют, и то, как на эти аспекты могут влиять строительство и управление водными проектами. Обсуждение начнется с рассмотрения настоятельной необходимости в адекватном управлении речной экосистемой, а также с его целей и определения основных понятий.

В то же время будут рассмотрены фундаментальные понятия морфологии и экологии рек с уделением особого внимания больше процессам, а не организмам. Это необходимо, чтобы понять два заключительных раздела, в которых описаны основные виды воздействий водохозяйственных проектов на речные экосистемы, а также методики, применяемые обычно для их исправления и смягчения последствий.

Специалистами в области разработки и реализации проектов комплексного использования водных ресурсов являются инженеры-гидравлики и гидрологи, и в силу этого они должны привлекаться к участию в любых междисциплинарных группах, отвечающих за регулирование стока с водосбора и восстановление речных систем.

Краткие обзоры по вопросам речной экологии можно найти у Мейера (Meier, 1998а) и в публикациях АПУП/ВМО (WMO/GWP, 2006); основные сведения содержат работы Джеффриса и Миллса (Jeffries and Mills, 1995), Кушинга и Алана (Cushing and Allan, 2001); исчерпывающую информацию можно найти у Аллана (Allan, 1995).

Полезная информация по теме восстановления речных и озерных систем дана Национальным научно-исследовательским советом (National Research Council, 1992). Ковкс и Велкомм (Cowx and Welcomme, 1998), Федеральная межведомственная рабочая группа по реконструкции рек (FISRWG, 1998), Калов и Петтс (Calow and Petts, 1994), Бун и др. (Boon and others, 1992), Харпер и Фергюсон (Harper and Ferguson, 1995) в своих работах объединили все, что имеет отношение к управлению речными системами и реконструкции рек. Питс и Эморос (Petts and Amoros, 1996) представили целостную картину экологических изменений речных систем. Морисава (Morisawa, 1985), Леопольд (Leopold, 1994) и Шумм (Schumm, 2005) опубликовали вводные курсы в морфологию рек.

Охрана и рациональное использование речных систем. Неотложные нужды. Большинство рек во всем мире испытывают повсеместно происходящее ухудшение экологического состояния, обусловленное дамбами, загрязнением, заборами воды, интенсивным землепользованием, строительством каналов и русловыправительными работами, освоением пойменных площадей, введением в состав фауны или флоры экзотических видов живых организмов и растений и т. д.

Вследствие этих и других вызванных деятельностью человека факторов в пресных водах отмирает или подвергается опасности живых организмов больше, чем в любой другой экологической системе (Angermeier and Karr, 1994), а экономическое, экологическое, рекреационное и эстетическое значение многих рек значительно понизилось. По существу, пресноводные экосистемы могут считаться «биологическими ценными активами [которые] как непропорционально богатыми, так и непропорционально подверженными опасности» (Abramovitz, 1995).

Противодействие этой тенденции к ухудшению состояния речных систем требует экологически обоснованного использования водных ресурсов. Это подразумевает разработку и реализацию новых водохозяйственных проектов, по возможности в максимальной степени экологически безопасным способом, для смягчения воздействия существующих старых объектов и восстановления речных систем с ухудшенным экологическим состоянием.

Основная цель таких мер должна заключаться в поддержании экологического состояния незатронутых рек и улучшении состояния пострадавших речных экосистем, возвращая их к высоким уровням нормального состояния, с тем чтобы они могли обеспечивать существование первоначально обитавших в них организмов и сред обитания, а также использоваться обществом для водоснабжения и прочих целей.

Цели рационального природопользования. Что имеется в виду, когда речь идет о поддержании и улучшении экологического состояния реки? Многие понимают под этим увеличение продуктивности и/ или биологического разнообразия, но это антропоцентрические представления; «больше — значит лучше» в действительности не применимо для природных систем. Например, древнее ультраолиготрофное горное озеро и вытекающая из него река имеют очень низкое содержание в воде питательных веществ и являются, таким образом, почти стерильной средой.

Тем не менее, они являются нетронутой водной средой, которая не может быть улучшена. На самом деле улучшение озера за счет увеличения его продуктивности, например путем обогащения его вод, вызовет эвфтрофикацию со всеми вытекающими отсюда последствиями, как описано в разделе 4.9.5.1. Как видно из вышеизложенного, целью рационального использования водных экосистем не может быть увеличение их продуктивности.

Говоря простым языком, биологическое разнообразие — это разнообразие организмов и сред их обитания, которые можно обнаружить в данной экосистеме. Эта концепция привлекательна как подходящая цель для экологически обоснованного использования водных ресурсов суши и их восстановления. Вместе с тем состояние многих водных объектов ухудшено появлением в них экзотических видов флоры и фауны;

водные объекты могут иметь в более высокой степени биологическое разнообразие, но необязательно это хорошо для их систем. Следует четко понимать, что понятия естественности и причастности к данному месту должны быть рассмотрены в качестве цели рационального природопользования; это отражено у Карра (Karr, 1996) при определении понятия экологической целостности:

...способность поддерживать и сохранять сбалансированную единую адаптированную экосистему с полным набором элементов (гены, виды, сообщества) и процессов, характерных для естественной среды в данном регионе.

Водоток с высокой экологической целостностью должен отражать ненарушенные естественные условия для территории, в т. ч. наличие всех должных элементов — например биологических видов, пойменных водоемов и болот — и наличие всех естественных процессов, таких как паводки и боковая миграция. Эти условия должны характеризоваться незначительным или отсутствующим влиянием деятельности человека — условия как в национальных парках.

Экосистема с высокой экологической целостностью отражает естественные эволюционные и биогеографические процессы (Angermeier and Karr, 1994). Восстановление реки до высоких уровней экологической целостности может быть невыполнимо из-за экономических, социальных или технологических трудностей. В этом случае следует стремиться к более низким уровням. Некоторые называют эту промежуточную цель реабилитацией или ренатурализацией; она также может рассматриваться как частичное восстановление.

Некоторые реки изменялись в течение столь длительного периода времени или так интенсивно, что в них сохранилось очень мало естественного от природы или совсем ничего. Другими системами, например каскадом водохранилищ гидроэлектростанций, постоянно управляют. Их площади не могут быть полностью восстановлены, а достижение экологической целостности не может быть целью их рационального использования. При этом все же можно стремиться к «экологическому здоровью», которое Карр (Karr, 1996) определил следующим образом:

Экосистема жизнеспособна, если она выполняет все свои функции нормально и надлежащим образом; она устойчива, способна восстанавливаться после многих внешних воздействий и нуждается в минимальном бережном отношении извне.

Экологическое здоровье представляет собой цель для условий на участке, который находится в управлении или каким- либо иным способом интенсивно используется. Разумное использование участка не должно ухудшать его состояние для дальнейшего использования или ухудшать состояние территорий за пределами участка.

Чтобы оценить экологическую целостность и экологическое здоровье необходимо выбрать стандартное состояние, с которым будут сравниваться остальные состояния, и комплекс измеряемых экологических показателей. Например, естественное биологическое разнообразие — важный показатель экологической целостности.

После того как выбрана цель восстановления — стандартное состояние — степень достижения успеха можно оценить путем сравнения измеренных значений показателей со значениями, характерными для стандартного состояния. Мейер (Meier, 1998) сделал короткий обзор значений и целей восстановления речной экосистемы. Карр и Чу (Karr and Chu, 1999) опубликовали общие сведения по использованию мультиметрических биотических индексов для оценки экологической целостности и здоровья экосистемы.