Проектирование системы регулирования биогенной нагрузки на водохранилище

Введение……………………………………………………………………... 5
Глава 1. Оценка поступления биогенных элементов в водные объекты... 8
1.1 Эвтрофирование водных объектов……………………………………. 8
1.2 Основные биогенные элементы поверхностных вод………………… 14
1.3. Внутренняя и внешняя биогенная нагрузка на водные объекты……. 18
1.4. Основные источники внешней биогенной нагрузки………………… 20
1.5 Методы оценки внешней биогенной нагрузки на водные объекты… 33
Выводы по 1 главе………………………………………………………… 41
Глава 2. Материалы, методы и объекты исследования…………………. 43
2.1. Обоснование выбора объектов исследования………………………… 43
2.2. Исходные материалы…………………………………………………… 44
2.3. Природно-климатические условия формирования внешней биогенной нагрузки…………………………………………………………. 47
Выводы по 2 главе…………………………………………………………. 51
Глава 3. Антропогенные факторы формирования внешней биогенной нагрузки……………………………………………………………………. 52
3.1. Биогенная нагрузка, обусловленная сельскохозяйственной деятельностью 52
3.1.2 Растениеводство……………………………………………………… 55
3.1.3 Животноводство……………………………………………………… 57
3.2 Оценка основных составляющих внешней биогенной нагрузки на водохранилища……………………………………………………………. 66
3.4 Выводы по 3 главе………………………………………………………. 71
Глава 4. Основы регулирования биогенной нагрузки на водосборе водных объектов…………………………………………………………… 72
4.1. Система регулирования биогенной нагрузки на водосборе водного объекта……………………………………………………………………… 72
4.2. Рекомендуемые водоохранные мероприятия по снижению биогенной нагрузки на водосборах………………………………………… 78
4.3 Выводы по 4 главе………………………………………………………. 86
Заключение…………………………………………………………………. 88
Список литературы ………………………………………………………… 90

Весь текст будет доступен после покупки

Поверхностные воды – один из основных компонентов природной среды, играющий важнейшую роль в развитии человеческого общества. В настоящее время водные объекты и их водосборы подвержены значительному антропогенному воздействию, которое вносит существенные изменения в естественные геохимические круговороты биогенных элементов, нарушая их баланс, что приводит к интенсивному развитию процессов эвтрофирования (Хендерсон-Селлерс и др., 1990; Schindler, 1974; Vitousek et al., 1997). На XXII Сессии ЮНЕП антропогенное эвтрофирование было определено одной из первостепенных проблем по степени опасности глобального воздействия на окружающую среду.
В соответствии с современными научными представлениями, определяющий вклад в формирование антропогенного эвтрофирования водных объектов вносит внешняя биогенная нагрузка, состоящая из совокупности точечных (организованных) и рассредоточенных (диффузных) источников (Данилов-Данильян, 2019; Фащевская и др., 2020; Минакова, 2023).
В нормативно-правовых актах Российской Федерации (РФ) традиционно основное внимание было направлено на оценку воздействия организованных источников, в то время как диффузные источники как фактор загрязнения поверхностных вод не рассматривались, что предопределило практически полное отсутствие сети мониторинга внешней биогенной нагрузки на водосборах водных объектов. Задача системного исследования и решения этой проблемы впервые поставлена под эгидой приоритетного федерального проекта «Оздоровление реки Волги» в рамках Национального проекта «Экология» (Данилов-Данильян, 2019).
Изучением процессов формирования внутренней и внешней биогенной нагрузки на водные объекты в разные годы занимались российские и зарубежные ученые. Несмотря на значительный объем проведенных исследований, современные знания о формировании внешней биогенной нагрузки на водные объекты остаются недостаточными для разработки научных основ ее регулирования. В связи с многокомпонентностью воздействующих факторов территориальные особенности формирования диффузного стока с водосборов водных объектов недоисследованы, некоторые вопросы остаются нерешенными до настоящего времени. Работы по оценке воздействия диффузных источников на водные объекты в основном представлены исследованиями на локальных территориях, отсутствуют единые методики определения массы биогенных элементов, поступающих в водные объекты с водосбора (Борисова, 2002; Полянин и др., 2020; Диффузное загрязнение ..., 2020).
Остается нерешенной задача по разработке подходов по регулированию внешней биогенной нагрузки на водные объекты в зависимости от факторов нагрузки. Отсутствие учета диффузной составляющей при выборе мероприятий по снижению нагрузки биогенных элементов на водные объекты неизбежно приводит к неэффективной расстановке приоритетов водоохраной деятельности (Национальный приоритетный проект ..., 2019; Концепция снижения …, 2020; Минакова, 2020; Кирпичникова и др., 2023).
Актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью поиска подходов, направленных на количественную оценку современного уровня внешней биогенной нагрузки на водные объекты, а также разработки основ планирования водоохранных мероприятий на водосборе, направленных на снижение биогенной нагрузки на водные объекты в условиях антропогенной трансформации водных геосистем.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Современные подходы к оценке поступления биогенных элементов в водные объекты (аналитический обзор)
1.1 Эвтрофирование водных объектов

Изучение процессов формирования биогенной нагрузки на водные объекты для разработки способов ее снижения – актуальная проблема геоэкологии как с научной, так и практической точек зрения. Химический состав вод определяется совокупностью физических, химических и биологических процессов, происходящих на водосборе и в самом водоеме. В естественных условиях биогенные элементы поступают в водоемы в результате природных процессов, благодаря чему поддерживается равновесие между поступлением химических элементов в воду и выведением их из нее. В настоящее время на водоемы и водотоки, помимо природных, воздействуют антропогенные факторы, ускоряющие процессы протекания эвтрофирования (Vitousek et al., 1997).
Анализ и выбор подходов к количественной оценке основных составляющих внешней биогенной нагрузки на водные объекты представляет собой ключевую задачу, решение которой необходимо для научного обоснования регулирования биогенной нагрузки на водосборах, направленного на снижение антропогенного эвтрофирования водных объектов.
Термин «трофность» или «трофия» водных объектов (от trophe – пища) был введен немецкими гидробиологами А. Тинеманном (Thienmann, 1921) и Е. Науманном (Naumann, 1921) для обозначения способности водоемов создавать органическое вещество в процессе фотосинтеза, названное позднее первичной продукцией. Впоследствии этим термином стали пользоваться для обобщенной характеристики экологического состояния водных экосистем. Первоначально выделяли олиготрофные (oligos – бедный) – малокормные; и эвтрофные (eu – перенасыщенный) – высококормные водоемы. В современное время в трофической классификации используются три основных типа водных экосистем: дистрофные (гр. – dys – отсутствие), олиготрофные и эвтрофные (Неверова- Дзиопак и др., 2003). Между этими градациями выделяют промежуточные: ультраолиготрофные – между дистрофными и олиготрофными; и мезотрофные – между олиготрофными и эвтрофными. Некоторые авторы дополнительно используют понятие о гиперэвтрофных экосистемах (Цветкова, 1980, 2012).
Эвтрофирование (trophe – питание, eutro (греч.) – тучность, жирность) – повышение уровня первичной продукции наземных и водных геосистем благодаря увеличению в них концентрации биофильных элементов (ГОСТ 17.1.1.01-77).
Эвтрофирование – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления биогенных элементов (РД 52.24.620- 2000). Ряд исследователей (Seppala et al., 2004) под эвтрофированием понимают процесс накопления органического вещества в водоеме, вызванный увеличением общей продуктивности экосистемы водоема. Согласно (Вронский, 1996; Науменко, 2007) эвтрофирование – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в экосистеме водного объекта биогенных элементов и органического вещества под действием антропогенных и естественных факторов, приводящее к изменениям в составе и структуре гидробиоценоза водоема. Из приведенных определений следует, что под эвтрофированием современные ученые понимают процесс, вызванный избыточным поступлением биогенных элементов в водный объект, вызывающий стимулирование роста водорослей, что приводит к дисбалансу функционирования экосистемы вплоть до ее полной деградации.
Эвтрофирование является природным процессом, его развитие оценивается в рамках геологических масштабов времени, когда постепенно водоемы из олиготрофных превращаются в эвтрофные и по мере накопления донных отложений, уменьшения глубины, развития восстановительных условий в придонных слоях, водоемы зарастают. Процесс развития водной экосистемы и ее изменения во времени можно рассматривать как экологическую сукцессию. В отсутствие внешних нарушений сукцессия представляет собой направленный, предсказуемый процесс. Если изменения в экосистеме определяются преимущественно внутренними взаимодействиями, то говорят об аутогенной сукцессии, если на изменения регулярно воздействуют внешние силы, то такую сукцессию называют аллогенной (Кондратьев и др., 2010).
Впервые на международном уровне проблемы эвтрофирования природных вод выступили предметом специального обсуждения на Конференции ООН по водным ресурсам (Конференция ООН.., 1977), а в 1984 г. на XXII сессии ЮНЕП ООН процесс антропогенного эвтрофирования определен лидирующим по степени опасности воздействия на окружающую среду.
Резолюция Генеральной Ассамблеи ООН о принятии «Повестки дня в области устойчивого развития до 2030 г.» обособило водные проблемы, выделив их в шестую Цель устойчивого развития (ЦУР) ООН – «обеспечение наличия и рациональное использование водных ресурсов и санитарии для всех» (Доклад о человеческом развитии …., 2017). В настоящее время в рамках Седьмой рамочной программы Европейского Союза (FP7) осуществляется проект Life cycle impact assessment (LC-IMPACT), нацеленный на оценку глобального воздействия на круговорот биогенных элементов и разработку методов оценки пресноводного и морского эвтрофирования.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Андерсен, М. Г. Стратегия моделирования / под ред. М. Г. Андерсена, Т. П. Берта // Гидрологическое прогнозирование: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – С. 11–26.
2. Анциферова, Г. А. Биоиндикация в геоэкологии: об эвтрофировании межледниковых голоценовых и современных поверхностных водных систем бассейна Верхнего Дона / Г. А. Анциферова // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Геология. – 2001. – № 1. – С. 240–250.
3. Ахмедова, Н. Р. Комплексное использование и охрана водных ресурсов: учеб.-метод. пособие по изучению дисциплины для студентов бакалавриата по направлению подготовки 20.03.02 Природообустройство и водопользование (профиль Инженерное обустройство и комплексное использование водных ресурсов) / Н. Р. Ахмедова. – Калининград: ФГБОУ ВО КГТУ, 2024. – 60 с.
4. Борисова, Г. Г. Геоэкологические основы управления диффузным стоком с сельскохозяйственных водосборов: автореф. дис. ... д-ра геогр. наук: 25.00.36 / Борисова Галина Григорьевна. – Екатеринбург, 2002. – 46 с.
5. Брезгунов, В. С. Особенности гидрохимического режима вод гидрографической сети мелиорированных водосборов / В. С. Брезгунов // Мелиорация переувлажненных земель. – 1985. – Вып. ХХХIII. – С. 80–89.
6. Веницианов, Е. В. Проблема регулирования неконтролируемых диффузных загрязнений водных объектов / Е. В. Веницианов, Н. В. Кирпичникова // Экологические проблемы бассейнов крупных рек : материалы международной конференции, приуроченной к 35-летию Института экологии Волжского бассейна РАН и 65-летию Куйбышевской биостанции, Тольятти, 15–19 октября 2018 г. / Ответственные редакторы: Г. С. Розенберг, С. В. Саксонов. – Тольятти: Анна, 2018. – С. 58–60. – DOI: 10.24411/9999-002A-2018-10017.
7. Водная стратегия Российской федерации до 2020 года, утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 августа 2009 года № 1235-р.
8. Водный кодекс Российской Федерации: Федеральный закон от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ (ред. от 08.08.2024) (Электронный ресурс). – URL: http:// https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_60683 (дата обращения 17. 11. 2023).
9. Вопросы экологического нормирования и разработка системы оценки состояния водоемов / Материалы Объединенного Пленума Научного совета ОБН РАН по гидробиологии и ихтиологии, Гидробиологического общества при РАН и Межведомственной ихтиологической комиссии. Москва, 30 марта 2011 г. Ответственные редакторы: академик РАН Д.С. Павлов, член-корреспондент РАН Г. С. Розенберг, д.б.н. М. И. Шатуновский. – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2011. – 196 с.

Весь текст будет доступен после покупки