CC BY
88
ЭКСПЕРТНЫЙ ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ СОСТОЯНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩА СЕСТРОРЕЦКИЙ РАЗЛИВ
Колтышев Алексей Евгеньевич, (кандидат геогр. наук) Федеральное государственное автономное образователъноеучреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, г. Санкт-Петербург
E-mail: alkolt@yandex.ru
Аннотация: В работе, на основе литературных данных и результатов обследований Разлива силами студентов и преподавателей ГУАП, дается оценка нынешнего состояния Разлива и ожидаемых перспектив его дальнейшего развития. Автор приходит к выводу, что без выполнения срочных работ по расчистке дна и дноуглублению старейшего водохранилища в мире, его перспективы печальны. Приводятся обоснования.
Ключевые слова: Водохранилище, заиление, обмеление, гидрология
В течение уже третьего года студенты и преподаватели ГУАП выполняют эколого-гидрологический мониторинг старейшего в мире водохранилища Сестрорецкий Разлив, отбирая в определенных точках акватории пробы воды, донных отложений, измеряя глубины и наблюдая за прочими компонентами экосистемы Разлива. Основные результаты, полученные в 2010 году, приведены
в [1].
Как будет показано ниже, в будущем будут меняться не только параметры экосистемы Разлива, но и ее структура, вместе со структурой будут меняться и взаимодействия между элементами системы. По-сути, прогноз касается самоорганизации новой экосистемы, которая будет состоять из других элементов и связей. Прогнозировать подобные изменения с помощью математических моделей невозможно. Однако экспертный прогноз (на основе знания процессов заиления водоемов и метода аналогий) вполне возможен, хотя и не может являться абсолютно точным. Наш прогноз описывает наиболее вероятное
SCIENCE TIME
развитие биотопа нынешней экосистемы и одно из наиболее вероятных ее состояний в близком будущем.
Важнейшим из полученных нами в [1] выводов является следующий: результаты промеров глубин, выполненные с помощью лота, показали, что во всех точках глубины значительно уменьшились по сравнению с результатами промеров, выполненных в 1991 году НПСФ «Гидробалт» и Беликовым-Глазуновым в 1998 году [2, 3], (рис.1). При этом уровень воды в водохранилище последние десятилетия поддерживается постоянным (это доказывается тем, что берега на территории города укреплены камнем и сеткой, при этом подъем уровня воды даже на 20 см вызвал бы затопление части территории города).
Рис. 1 Карта глубин Разлива по состоянию на 1991 г. (слева) и 2010 г. (справа)
Уменьшение глубины за 19 лет в разных частях акватории различно, составляет от 20 до 50 - 60 см. Отметка дна в самой глубокой точке за 19 лет уменьшилась, например, с 3.85 м до 3.25 м (т.е. скорость накопления осадков здесь составила 3.3 см/год). На карте глубин 1991-го года [3] в центре водоема отмечено небольшое пятно с глубиной более 2.2 м. По данным 1998-го года [3] глубины в центре водоема уже не превышали 2.1 м. Нам же, несмотря на тщательные поиски в 2010 г., не удалось обнаружить в центре Разлива глубин более 1.9 м. Итак, на большей части акватории глубины за 19 лет уменьшились примерно на 20 - 30 см при постоянном уровне, что дает скорость накопления осадков примерно 1.1 - 1.7 см/год и в целом соответствует оценкам 1 - 2 см/год [2, 3]. Следовательно, скорость заиления водохранилища остается постоянной, что и дает нам возможность дать прогноз будущих изменений состояния Разлива.
С учетом того, что глубина водоема по всей площади (за исключением впадины вблизи выхода из Разлива) равномерно-средняя и составляет сейчас 1.5 - 1.8 м, а также принимая скорость заиления постоянной (1 - 2 см/год), можно получить прямую оценку периода времени, в течение которого водохранилище будет полностью заилено. Этот период для разных частей водоема оценивается в 75 - 150 лет. Поскольку большая часть Разлива имеет глубины 1.5 - 1.6 м, оценку можно уточнить: не более 75 - 100 лет. Существует и другой способ расчета времени заиления водохранилищ [4], однако для применения формулы необходимо знать годовой приток воды в водоем и коэффициент водообмена. При получении этих данных нашу оценку можно будет проверить и уточнить.
Процесс заиления водоемов достаточно изучен, например, в классическом труде [5]. В хорошо проточных водоемах постепенное заполнение котловин наносами приводит к уменьшению их емкости и при более-менее неизменном уровне увлажнен-ности и притока вод - к возрастанию транзита веществ, в результате чего скорость заиле-ния постепенно снижается и наступает состояние, близкое к равновесию между поступлением и сбросом наносов. В случае Разлива признаков такого равновесия по результатам нашей оценки динамики изменения глубин и заиления не наблюдается, что является следствием слабой проточности водоема. Кроме того, слабопроточные водоемы с малыми глубинами (каким и является Разлив) хорошо прогреваются, в них интенсивен процесс зарастания, в результате чего они в конечном итоге должны превратиться в низинные болота [4, 5]. Таким образом, конечной стадией эволюции Разлива является превращение его в болото, что неизбежно произойдет, по нашей прямой оценке, через 75 - 100 лет. Переход в стадию болота неизбежно будет сопровождаться вторичной сукцессией экосистемы (изменением биотопа, включая изменение местного климата всего Сестрорецка, а так же сменой видового состава в экосистеме бывшего водоема). Может показаться, что 75 - 100 лет - большой срок и волноваться пока рано, но это не так. Полное заиление произойдет гораздо раньше. Ниже мы приведем примеры аналогичных процессов в водоемах и предпринимаемых мерах по их предотвращению.
Так, по данным Технического отчёта Всемирного банка [6], средняя потеря объёма водохранилищ в среднем достигает 50 км3 в год или 1% общего их объёма. Например, с проблемой заиления (по прогнозу) может столкнуться Рогунское водохранилище, образованное на реке Вашх в Таджикистане. Поэтому сейчас, еще на стадии проектирования, ведутся дополнительные расчеты с целью обеспечить максимально возможное время эксплуатации объекта. Источником заиления Заинского водохранилища является аккумуляция взвешенных веществ, поступающих в водоем с верховьев р. Степ, Зай, а так же абразия и обрушение берегов. Проводимых на Заинской ГРЭС работ по берегоукреплению явно
недостаточно, в результате чего отмечаются интенсивные эрозионные процессы. В связи с этим, по предложению Минэкологии и природных ресурсов РТ ПЭО «Татэнерго», разработаны мероприятия по оздоровлению водохранилища и соблюдению режима использования его водоохранной зоны. В 2006 г. поводились работы по реализации проекта по расчистке водохранилища, выполненные ОАО «Волгаэнергопроект-Самара» [6].
Краснодарское водохранилище, созданное с целью организации рисоводства и борьбы с сезонными паводками в низовьях Кубани в начале 70-х гг., испытывает проблемы, аналогичные Разливу. Организованное первоначально по водохранилищу судоходство в настоящее время прекращено из-за обмеления, вызванного речными наносами. Правила эксплуатации водохранилища предусматривают плановое углубление устьевых участков рек, впадающих в водохранилище, и другие работы, исключающие перерастание процесса обмеления в необратимый. Глава федерального государственного учреждения «Краснодарское водохранилище» Г. Никифоров говорит: «Все
регламентационные действия по расчистке водохранилища исправно и регулярно выполняются уже около шести лет... На водохранилище можно наблюдать задействованные земснаряды. Для расчистки мы привлекаем подрядные организации» [7].
Конкретный же пример протекания процесса обмеления и практически полной гибели водоема широко известен - это Аральское море. Несмотря на то, что причина его фактического исчезновения связана с неумеренным отбором воды на орошение из питающих его рек, сам процесс гибели водоема по причине изменения его уровня хорошо иллюстрирует ожидаемое будущее Разлива [8, 9]. В Аральском море причиной было понижение уровня воды, в Разливе это будет повышение уровня донных отложений. Однако сам процесс распада водоема на ряд отдельных водоемов, гидравлически не связанных друг с другом, образования новых островов, роста площади имеющихся, соединения их с берегом, обмеления образовавшихся водоемов, не питаемых речными водами, более чем показателен. Отличие от Аральского моря будет лишь в том, что произойдет не опустынивание, а заболачивание бывшей акватории Разлива. Все вышеизложенное позволяет дать прогноз наиболее вероятного развития Разлива в обозримом будущем.
Как известно из [4, 5], на финальной стадии заиления процесс уменьшения глубин значительно ускоряется. Приведенная нами оценка в 75 - 100 лет корректна лишь для водоемов средней глубиной более двух метров. При меньших глубинах начинается зарастание камышовой растительностью с образованием камышовых островов. Таких островов у западного берега Разлива уже обнаружено множество, а увеличение их площади за последние 10 - 20 лет очевидно (об этом можно судить по спутниковым снимкам [3] и свидетельствам
старожилов). Как только появляется и закрепляется камыш, наносы (как взвешенные, так и влекомые течениями) задерживаются в камышовых зарослях и ускоряют рост камышовых островов, убыстряя обмеление. Так, вблизи камышовых островов глубины, по нашим измерениям, местами не превышали полуметра. Затем донные отложения достигают уровня поверхности воды и начинает формироваться аллювиальная почва, происходит зарастание травой и кустарниками. Например, на одном из таких островов растут кустарники и дерево возрастом не менее 15-20 лет. В дальнейшем камышовые острова соединяются друг с другом, а затем и с берегом, формируя новую береговую линию. При этом также меняется схема течений в водоеме, изменяется распределение и отложение наносов в виде их ускоренного отложения именно вблизи островов и мысов, что еще более убыстряет их рост. Таким образом, полное заиление Разлива произойдет намного раньше, чем через 75 - 100 лет. Методов и моделей для получения более точной оценки не имеется, но, вероятно, Разлив прекратит существование как единый водоем не позже чем через 30 - 40 лет, а сукцессия экосистемы уже началась.
Можно предположить и наиболее вероятную картину протекания процесса гибели Разлива. Первоначально, из-за изменения береговой линии и соединения островов, водоем распадется на некоторое число гидравлически не связанных друг с другом водоемов. Те из остаточных водоемов, которые не будут получать подпитки речными водами, постепенно полностью обмелеют, а т.к. возможна подпитка подземными водами, дождевой и талой водами, вероятно, превратятся в большие пруды, зимой целиком промерзающие, летом в той или иной степени высыхающие, осенью и весной заполняемые дождевой и талой водой. Естественно, крупные гидробионты (рыба) в таких прудах погибнут, будут развиваться лишь бактерии, что приведет к дефициту кислорода. Это состояние можно назвать состоянием заболоченных земель, сформированных аллювиальными субстратами, т.е. со временем в условиях гумидного климата начнется и торфообразование. Эти пруды превратятся в очаги заболачивания.
В северной части Разлива картина будет выглядеть иначе. Т.к. туда поступает сток рек Сестры и Черной, небольшой водоем вблизи их устьев сохранится дольше. Однако именно в нем будут накапливаться все наносы впадающих рек, поэтому скорость заиления будет экспоненциально увеличиваться, особенно в случае, если этот водоем потеряет гидравлическую связь с Финским заливом (а это вполне вероятно). Кроме того, между устьями впадающих рек уже существует болото, и оно будет наступать. Нельзя также исключить, что река Сестра изменит русло (изначально она впадала в Финский залив), что может вызвать подтопление части территории Сестрорецка. В конечном итоге и этот водоем полностью заилится и заболотится. Естественно, в результате всех процессов обмеления и заболачивания кардинально изменится
SCIENCE TIME
местный климат Сестрорецка (ныне весьма благоприятный, недаром город входит в Курортный район Санкт-Петербурга), кроме того, не исключено и заболачивание жилых кварталов города, что вызовет серьезные социальные последствия. В конечном итоге все эти процессы приведут к формированию низинного болота: сначала в виде отдельных очагов, затем в виде единого болотного массива. Предполагаемое состояние Разлива через 30 - 40 лет показано на рис. 2.
Рис. 2 Предполагаемое состояние Разлива к 2040 - 2050 гг.
Итак, при наиболее вероятном варианте развития событий на месте Разлива сформируется болото, подпитываемое водами рек Сестры и Черной, а так же подземными водами, осадками и талыми водами. Будет происходить накопление торфа, сформируется восстановительная водная среда болота. Т.к. болото будет расположено выше уровня воды в Финском заливе, его воды будут поступать в залив. Вода будет иметь нехарактерную для вод залива кислотность, будет крайне обеднена кислородом и обогащена гумусовыми соединениями и частицами торфа. Поступление такой болотной воды в Финский залив ускорит процессы эвторфикации, которые в нем и так уже наблюдаются [10] и вызывают беспокойство экологов и общественности. Все это приведет к потере Сестрорецком привлекательности как курортной зоны, уменьшению стоимости жилья, неблагоприятному изменению местного климата, нежелательному изменению биоценоза (сукцессия со сменой озерного биоценоза на болотный).
По нашему мнению, меры по предотвращению развития Разлива по спрогнозированному нами наиболее вероятному сценарию необходимо
предпринимать уже сейчас. Единственной такой мерой являются
дноуглубительные работы.
C проблемами дноуглубления, аналогичными проблеме Сестрорецкого Разлива, сталкиваются по всему миру. Например, неглубокий залив Халикко в Западной Финляндии превратился в серьезную проблему [3000], т.к. не позволял крупным судам войти в городскую гавань. Необходимо было срочно произвести работы по дноуглублению водного пути на отрезке в 1.5 км. Финский подрядчик, выполнявший данный проект, решил использовать новый, эффективный метод. С помощью геотекстильных труб длиной 50 м и шириной 10 м производилась сепарация воды и осадочного материла, а затем чистая вода поступала обратно в водную систему. Этот метод является еще относительно редким, однако с каждым годом он становится все более популярным. Сегодня в мире существует уже несколько компаний, предлагающих использование геотекстильных труб. Различные отложения, добытые в процессе дноуглубительных работ, обычно считаются отходами, но в проекте по углублению залива Халикко они нашли полезное применение. Из 6 геотекстильных труб построили преграду, а затем за этой преградой по трубопроводу отложения были перекачаны на специально отведенную территорию. Отложения Разлива могут быть использованы в качестве удобрения (сапропель), однако лишь в случае, если они не загрязнены тяжелыми металлами и прочими опасными веществами. По данным 2010 г [1], в верхних 20 см донных отложений в Разливе были обнаружены следовые количества тяжелых металлов, однако этот вопрос требует дальнейших исследований, хотя понятно, что загрязнены могут быть лишь верхние 50-70 см, накопившиеся за индустриальную эпоху, тогда как изначальные глубины Разлива составляли, по данным подповерхностной радиолокации [3], до 5 - 6 метров (в среднем около 4 метров). Таким образом, большая часть сапропеля не должна быть загрязнена и может быть использована для продажи в качестве удобрения, что сделает проект дноуглубительных работ как минимум не убыточным.
Характерен опыт по углублению дна озера Лохья в Финляндии. Использовались дноуглубительные машины Water Master Classic 3, позволившие осуществить работы без осушения водоема [12], что возможно и на Разливе.
Итак, финский опыт, наши исследования [1] и классические труды [4, 5] говорят, что в случае выполнения дноуглубительных работ в ближайшее время, Разлив и его экосистема будут сохранены как минимум еще на 200 - 300 лет.
Есть информация, что дноуглубительные работы (по крайней мере, локально) на Разливе ведутся, однако не так, как устраивает всех заинтересованных лиц, без всякого экологического мониторинга и, в нарушение закона, изначально без государственной экологической экспертизы [13]. Проблема обычно переводится на не имеющие отношения к вопросу очистные сооружения Сертолово, хотя наши исследования 2010-го года [1] показали, что
SCIENCE TIME
вовсе не Сертолово является основной причиной проблем Разлива.
Литература:
1. Колтышев А.Е. Оценка эколого-гидрохимического состояния водохранилища Сестрорецкий Разлив по результатам его обследования в 2010 году // Science Time. - 2014. - №7 (7). - С. 148 -155.
2. Беликов В.В. Тайны озера Разлив / В.В. Беликов. СПб: ООО Взгляд. XXI век, 1999. 177 с.
3. Беликов В.В. Искусственное водохранилище: Озеро Сестрорецкий Разлив / В.В. Беликов. СПб: ООО Взгляд. XXI век, 1999. 148 с.
4. Догановский А.М., Малинин В.Н. Гидросфера Земли / А.М. Догановский, В.Н. Малинин. СПб: Гидрометеоиздат, 2004. 630 с.
5. Шамов Г.И. Заиление водохранилищ. / Г.И. Шамов. М.-Л.: ГИМИЗ, 1939. 140 с.
6. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.worldbank.org/content/dam/ Worldbank/Event/ECA/central-asia/WB%20Rogun%20Key%20Issues_rus.pdf
7. [Электронный ресурс]. - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ Краснодарское_водохранилище
8. [Электронный ресурс]. - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Файл:Aralsee.gif
9. [Электронный ресурс]. - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Аральское_море
10. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.kpoos.gov.spb.ru/dl/ prez/7_underflooding.pdf
11. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.aquamec.ru/journal_hydro_2009.pdf
12. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.aquamec.ru/proekt.html
13. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.nedelya.ru/view/127298
