CC BY
41
АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2015, том 21, №4 (65), с. 84-94
——— ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ
УДК 574.9+574.472
К МЕТОДИКЕ ИЗУЧЕНИЯ И ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ НА ПРИРОДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ПОБЕРЕЖИЙ1
© 2015 г. Н.М. Новикова*, Н.А. Волкова*, О.Г. Назаренко**
*Институт водных проблем Российской академии наук Россия, 119333 Москва, ул. Губкина, д. 3. E-mail: [email protected] **Государственный центр агрохимической службы «Ростовский» Россия, 346493 Ростовская обл., Аксайский р-н, пос. Рассвет. E-mail: [email protected]
Поступила 22.12.2014
Даны обоснование и характеристика методики изучения и оценки воздействия крупных водохранилищ на компоненты природных комплексов побережий. Предложен алгоритм работы, включающий этап выявления участков территории побережья, подверженных прямому (заливание) и косвенному (подтопление) воздействию водохранилища и этап собственно оценки трансформации природных комплексов на каждом из этих участков. Оценка воздействия базируется на системе биологических и экологических показателей и критериев - индикаторов гидрогенной трансформации среды и биоты побережий (грунтовых вод, почв и растительности). Их совокупность дает возможность оценить степень и глубину произошедших изменений околоводных природных комплексов как путем сопоставления с компонентами исходного ландшафта, существовавшего до создания водохранилища, так и на основе разработанных шкал для каждого из показателей. Использование методики рассмотрено на примере равнинных водохранилищ степной зоны европейской территории России.
Ключевые слова: уровень воды водохранилища, побережье, функциональные блоки экотонной системы «вода-суша», заливание, подтопление, топо-экологическое профилирование, показатели, критерии, шкалы.
Проблема оценки воздействия искусственных водоемов на прилегающие территории и гидрогенной трансформации природных комплексов побережий в настоящее время актуальна как в связи с решением теоретических вопросов взаимодействия вод суши с окружающей средой, так и из-за необходимости решения важных практических задач по оценке влияния существующего или создаваемого водохранилища на прилегающие территории, повышению рационального использования их ресурсов и определению направления усиления водоохранных функций побережий.
За длительное время исследований, начиная с середины прошлого (ХХ) века, был накопленный обширный объем информации по вопросу воздействия водохранилищ на окружающую среду. Оно получило достаточно полное освещение в научных публикациях, включая сведения о структурно-функциональной организации природных комплексов побережий. Для проведения дальнейших исследований и прогнозирования с позиций новых знаний была разработана методика, обеспечивающая корректное решения задач и получение сопоставимых репрезентативных оценок по влиянию водохранилища на побережье. В задачу данной статьи входит освещение основных положений этой методики и демонстрация основных приемов ее использования.
Основные положения методики. «Объектом» данной методики являются природные комплексы побережий, а «предметом» - оценка воздействия на них водохранилища.
Назначение методики. Методика разработана для обеспечения стандартизации процедур оценки воздействия водохранилища на природные комплексы побережья на основе алгоритма
1 Работа выполнена по программе фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН №12, проект «Оценка роли водных ресурсов с позиций национальной безопасности России» 2015-2017 гг. и теме НИР ИВП РАН «Разработка оценочных показателей и критериев трансформации наземных экосистем при изменении климатических и гидрологических факторов» 2013-2016 гг.
последовательных действий. Задачи, на решение которых направлена методика: 1 - определение участков побережья водохранилища, испытывающих его разное воздействие (заливание и подтопление и только подтопление) и выявление их водного режима; 2 - изучение компонентов природных комплексов на участках, испытывающих разное воздействие водохранилища и оценка глубины и степени произошедшего изменения в направлении гидроморфизации на основе применения системы показателей и критериев и специально разработанных шкал.
Область применения методики: использование в системе мониторинга создаваемых гидротехнических сооружений для обеспечения экологической безопасности, при решении вопросов рационального использования ресурсов побережий уже существующих и вновь создаваемых водных объектов, и при рассмотрении и уточнении границ водоохранных зон.
Источники информации для конкретного водохранилища: официальные данные метеорологических станций (температура и осадки, высота снежного покрова), ежедневные данные по положению уровня водохранилища, которыми располагают Бассейновые речные управления и Управления водными ресурсами водохранилищ, данные натурных наблюдений на побережьях водохранилищ и на территории прилегающих ландшафтов, не затронутых их воздействием. Сбор данных и их накопление проводится по разным компонентам природных комплексов по специально разработанному алгоритму.
Общей теоретической платформой методики является представление о том, что, водный фактор - ведущий в трансформации вмещающих ландшафтов побережий. В результате его комплексного воздействия на прилегающие территории, исходные автоморфные ландшафты приобретают черты и свойства полу- и гидроморфных. Многими исследователями показано (Балюк, Кутузов, 2006; Новикова, Назаренко, 2007, 2013; Новикова и др., 2011, 2014; Новикова, Уланова, 2012; Экотоны ..., 2011; Плисак, 1980; Природные комплексы ..., 2014 и др.), что в результате изменение водного режима участка реки и превращения его в водохранилище, на открытых участках побережья активизируются абразионные процессы; под влиянием длительного затопления и волновой деятельности на периодически обнажающемся дне полностью разрушаются исходные природные комплексы; на участках побережья, подверженных кратковременному заливанию одновременно идет смыв верхних горизонтов почв и накопление на поверхности отложений, принесенных водой в паводок; формируются гидроморфные и полугидроморфные почвы и растительные сообщества; здесь и на прилегающей территории происходит активное пополнение и подпор грунтовых вод; на незаливаемых участках, где грунтовые воды залегают ближе, чем 3 (5) м от поверхности, идут процессы формирования полугидроморфных природных комплексов. Ранее существовавшие в исходном ландшафте почвы, растительность и животное население в процессе адаптации к новым условиям водного режима изменяются в разной степени в зависимости от гидролого-геоморфологических условий конкретных биотопов.
Методические подходы и методы, используемые в работе:
- методический подход «ключ» - «опыт» для сопоставления и оценки трансформации природных комплексов побережий. В качестве «ключевых» участков используются участки ландшафта, не затронутые воздействием водохранилища, а участки, находящиеся под его воздействием - в качестве «опытных»;
- методический подход, заключающийся в рассмотрении территории побережья как блоковой экотонной системы «вода-суша» в понимании и терминологии, предложенной В.С. Залетаевым (1997), и обеспечивающий оценку комплексного воздействия водохранилища. Именно такое рассмотрение пространственной и функциональной структуры побережий позволяет оценить гидрологическое воздействие водоема на прилегающие территории суши и его особенности через характеристики длительности и частоты заливания, степень подтопления, качество грунтовых вод;
- при выявлении границ разного воздействия водохранилища на побережье (участков заливаемой и подтопленной территории) используются собственные параметры водохранилища, установленные для управления их функционированием при их создании (Уровень мертвого объема - УМО; Нормальный подпорный уровень - НПУ) :
- для оценки длительности и частоты заливания участков территории используются принятые в гидрологии расчетные формулы;
- основной прием для получения достоверной и репрезентативной экологической оценки действия водного фактора - сопряженный анализ приуроченности его характеристик и исследуемых
параметров к высотным (абсолютным или относительным) отметкам рельефа. Именно такой подход позволяет районировать побережье по типу воздействия водохранилища, совмещать разнообразные данные, относящиеся к конкретной точке, и подвергать их совместной обработке и сопряженному анализу.
- методы полевых эколого-географических исследований, в том числе инструментальное топо-экологическое профилирование с заложением трансект и точек ключевых почвенных и геоботанических исследований, с описанием состава и структуры растительности и учетом надземной фитомассы, выявлением индикаторов современного гидроморфизма, используются для получения современных данных, характеризующих состояние природных комплексов, специально отмечается наличие индикаторов гидроморфизма. Все точки топо-экологического профиля через положение уровня водохранилища на дату проведения съемки, «привязываются» к абсолютным и относительным высотным отметкам побережья.
- оценка гидрогенной трансформации природных комплексов проводится на основании комплекса индикаторов. Ответные реакции и трансформация компонентов комплексов отличаются друг от друга, поэтому разработаны показатели и экологические критерии их количественных значений. По ним оцениваются глубина и степень трансформации природных комплексов.
- методы математической статистики для обработки и анализа данных направлены на выявление связи показателей биоты с водным фактором (длительностью/частотой заливания или глубиной залегания уровня грунтовых вод) или с блоками экотонной системы «вода-суша», отражающими разный характер воздействия водохранилища.
Алгоритм работы в соответствии с методикой рассмотрен на конкретных примерах по данным для водохранилища на юге европейской части России. Он включает несколько этапов (шагов), последовательно решающих основные задачи методики.
Первый шаг согласно методики, решает задачу выявления пространственной организации природных комплексов побережий водохранилищ: установления участков, подверженных его разному воздействию (длительности заливания, наличия подтопления). С этой целью используется ландшафтно-экологический подход, в основу которого положено рассмотрение побережья как блоковой системы экотонной системы «вода-суша» в понимании В.С. Залетаева (1997). Согласно этому подходу выделяются пять типов участков (функциональных блоков), испытывающих различное воздействие водохранилища (рис. 1).
Рис. 1. Схема блоковой структуры экотона «вода-суша». Арабские цифры 1-5 - блоки экотона; НПУ - нормальный подпорный уровень; УГВ - уровень грунтовых вод. Fig. 1. The block structure of water-terrestrial ecotone. Arabic numerals (1-5) - blocks of ecotone; FSL - full supply level; GWL - groundwater level.
Первый из них (аквальный блок, рис.1, №1) - глубоководная часть водохранилища, расположенная ниже Уровня мертвого объема (УМО). Второй (амфибиальный блок, рис.1, №2) -заливаемое дно водохранилища, обнажающееся при сработке уровня, где на открытом побережье ведущую роль играет волноприбойная деятельность водных масс, а в лагунах - аккумуляция наносов. Этот участок располагается на высотных отметках от УМО до береговой линии. Третий участок (динамический блок, рис.1, №3) - территория побережья, подверженная кратковременному заливанию в весенний период с близким стоянием уровня грунтовых вод в вегетационный период.
Этот участок побережья протягивается от береговой линии до максимально возможного подъема уровня водохранилища (НПУ). Четвертый участок (дистантный блок, рис. 1, № 4) - незаливаемая подтопленная территория побережья с грунтовыми водами на глубине до 3-х (5) м. Этот участок располагается от высотных отметок НПУ до территорий, где глубина уровня грунтовых вод залегает на 3(5) м ниже поверхности. Последний, пятый блок (маргинальный, рис. 1, № 5,) не подвержен гидрологическому влиянию водохранилища. Здесь природные комплексы испытывают его влияние через биотические связи. Внешняя граница воздействия водохранилища определяется эмпирически, во время полевых исследований, на основании глубины залегания грунтовых вод ниже 3 м от поверхности в весенний период.
Экспериментальным путем (Природные комплексы ..., 2014) было получено, что высотная отметка береговой линии водохранилища соответствует 50% обеспеченности заливания, рассчитанной на основании значений уровня водохранилища за все годы его существования.
Второй шаг. Определение параметров режима затопления. Эти характеристики вычисляются на основе стандартных гидрологических формул по значению уровневого режима водохранилища (Лучшева, 1983) и далее интерпретируются как экологические показатели заливания побережья по показателям:
- частота (обеспеченность) определяется как количество случаев достижения уровнем вод данной высотной отметки за весь период наблюдений по формуле (1):
P = (n-0.3)/(D+0.4)x100%, (1)
где P - обеспеченность уровня, в %, n - номер в ранжированном ряду, D - количество дат наблюдений. Полученный результат следует представлять в виде графика (рис. 2А). Знание интервалов высотных отметок позволяет для наглядности провести границы
- продолжительность заливания определяют как время стояния вод водохранилища на данной отметке в течение года по формуле (2):
A = m/N, (2)
где A - продолжительность, сутки, m - количество дней стояния воды на данной отметке (за период наблюдений), N - период наблюдений, годы. Длительность заливания также может быть отображена на графиках в виде кривых стояния воды на разных высотных отметках за каждый год и в виде обобщенной кривой, показывающей обеспеченность длительности заливания за длительный промежуток времени (рис. 2Б).
H, см
850 -т 750 -■ 650 -■ 550 -■ 450 -■ 350 --
20
40
60
80 100 Р, %
H, см
850 -г"
750 -■
650 -■
550 -■
450 -■
350
100
200
А
300
Сутки
0
0
Б
Рис. 2. Частота (А) и длительность (Б) паводкового заливания высотных отметок, Краснодарское водохранилище. Fig. 2. Frequency (A) and duration (Б) flood inundation elevation at the Krasnodar reservoir.
Подтопление определяется через глубину залегания грунтовых вод. Этот показатель может быть определен только экспериментальным путем в ходе специальных полевых работ, с проведением топо-экологического инструментального нивелирования.
Третий шаг связан с получением дополнительной информации при проведении полевых экспериментальных исследований. Топо-экологическое инструментальное профилирование позволяет связать между собой в единую систему полученные теоретические данные по высотным
отметкам как границам воздействия водохранилища и все данные реальных высотных отметок на местности, полученные при полевых наблюдениях на ключевом участке. Топо-экологические профили прокладываются от уреза воды «вкрест» рельефа с помощью нивелировочного хода с целью связать между собой точки наблюдений и получить их относительные и абсолютные высотные отметки, а затем, исходя из высотных отметок границ, выделить участки с разным водным режимом -функциональные блоки экотона «вода-суша». Профиль заканчивается там, где глубина уровня грунтовых вод располагается ниже 3-х метров в весенний или ранне-летний период. На местности этому обычно соответствуют природные комплексы либо с коренной растительностью, либо с пашней. Вдоль хода прокладывается трансекта - полоса сбора данных. В каждом растительном контуре закладывается геоботаническая площадка с полным описанием, почвенным разрезом (или бурением) до грунтовых вод. Каждая точка отбора проб и описаний фиксируется с помощью прибора дистанционного геопозиционирования. Для определения солевых характеристик почв и грунтовых вод отбираются образцы. Отбираются пробы воды из водохранилища для определения их минерализации. Высотное положение «нуля» профиля определяется по положению уровня воды в водохранилище на день его заложения с поправкой на расстояние от плотины (средневзвешенный уровень). Этой информацией располагает Управление водными ресурсами каждого водохранилища.
Благодаря гепозиционированию все точки наблюдений находят плановое отображение в виде «треков»: точек и связывающих их отрезков маршрутов в системе географических координат. Эта система может быть наложена на материалы дистанционного зондирования и рассмотрена в ландшафтном окружении.
Каждый раз после проведения полевых работ при обработке данных вычерчиваются профили и к ним в соответствии с расположением точек стационарных наблюдений в блоках экотона прикладываются развернутые легенды, отражающие состояние всех изученных компонентов на дату исследования (рис. 3).
В легенду рекомендуется включать данные по каждой обследованной точки в виде тематических слоев о химизме и засолении почв, минерализации и химическом составе поверхностных и подземных вод, проективном покрытии и запасах надземной и подземной фитомассы растительности, данные учетов зверей, птиц и др. биоты. Такие развернутые легенды позволяют рассмотреть участок побережья как единую систему взаимодействия водоема и прилегающей суши - экотонную систему «вода-суша» и оценить действие водного и других факторов в совокупности.
Данные по грунтовым водам исследуются и анализируются самостоятельно и включают рассмотрение положения внутри блоков, изменение внутри года, по годам разной водности. Выявляются тенденции пространственно-временных изменений, устанавливается связь их колебания с изменением уровня водохранилища. Данные представляются в виде графиков и таблиц (рис. 4).
Протяженность отдельных блоков, характеризующих воздействие водохранилища на разных типах побережья зависит от особенностей ландшафта конкретного участка. При наличии инструментально проложенных топо-экологических профилей в разных типах, примыкающих к берегу (вмещающих) ландшафтов, следует получить сравнительную характеристику представленности и протяженности блоков экотона в каждом из них, и таким образом, оценить расположение, а затем и площади территорий, подверженных тому или иному воздействию водохранилища (рис. 5).
Четвертый шаг. Оценка трансформации природных комплексов. Изменение природных комплексов оценивается в баллах на основании степени и глубины их трансформации путем сопоставления характеристик актуального состояния природных комплексов блоков экотонной системы с характеристиками вмещающего ландшафта до создания водохранилища. Изменение, произошедшее в каждом из исследованных компонентов экосистем в каждом блоке экотонной системы, оцененное в баллах, характеризует степень его гидрогенной трансформации. Глубина изменения - совокупный показатель продвинутости процесса гидроморфизма в почвах, растительности, и грунтовых водах. Для этой цели используется система биологических и экологических показателей и критериев - проявления современного гидроморфизма. В качестве индикаторов рассматриваются глубина залегания грунтовых вод, характер водного режима биотопа, признаки гидроморфизма в почвах и растительности (табл. 1).
Метод прямого сопоставления показателей в исходных и трансформированных водохранилищем в разных блоках, доступен для восприятия специалистами и сложен для специалистов водного
хозяйства. С целью расширения возможности проведения оценки был разработан алгоритм дифференцированной оценки на основании условных баллов.
А 1 2 3 4 5
Б 1 2 3
В 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Условные обозначения. На рисунке: пунктирные горизонтальные линии - положение уровня воды водохранилища на дату исследований в разные годы. Квадраты на линии рельефа - точки наблюдений, треугольники - положение уровня грунтовых вод в 2004 г. В таблице под рисунком: А - блоки экотона: 1 -аквальный; 2 - амфибиальный; 3 - динамический; 4 - дистантный. Б - почвы: 1, 2 - почвы отсутствуют; 3 -темно-каштановая среднемощная среднесмытая среднесуглинистая на лессовидном суглинке. В - растительные сообщества: 1 - водоросли, 2 - обнажившееся дно без сосудистых растений; 3 - первичное зарастание: доминируют проростки ив, тополя, горца наземно-водного с остатками давно отмершего тростника; 4 -сообщества макрофитов: полоса куртин рогоза - Typha sp. сменяется далее высокими плотно стоящими тростниками, перемежающимися 3 полосами старых экземпляров ивы белой (Salix alba), протягивающихся вдоль берега; 5 - тростниковое сообщество с участием молодых кустарниковых ив (Salix viminalis, S. triandra); 6 - злаково-разнотравное осокорево-ивововое сообщество (Salix viminalis, S. triandra - Populus nigra - Glycyrrhiza echinata - Elytrigia repens, Poa angustifolia); 7 - наземновейниково-вязовое (Ulmus laevis-Calamagrostis epigeios); 8 - разнотравно-злаковые сообщества (Calamagrostis epigeios, Poa angustifolia, Cichorium intybus, Artemisia absinthium); 9 - пашня.
Рис. 3. Распределение компонентов природных комплексов на топо-экологическом профиле на аккумулятивном типе побережья в сухостепном аллювиально-аккумулятивном ландшафте на побережье Цимлянского водохранилища, 2011 г. Fig. 3. The distribution of the components of natural complexes of topo-ecological profile on the accumulative type of coast in dry alluvial accumulative landscape on the coast of the Tsimlyansk reservoir, 2011).
Для оценки изменения грунтовых вод разработана шкала с градациями, отражающими их экологическое значение (табл. 2). Пример: подъем грунтовых вод на один шаг - с глубины 3(5) м до 1.5 м и с глубины 3-1.5 м до 0.5 м оценивается 2 баллами. Максимальное значение - 3 балла присваивается при подъеме грунтовых вод с глубины 3 (5) м практически до дневной поверхности (0.5-0 м).
Для оценки трансформации почв также разработана шкала, связывающая показатели и оценочные значения (табл. 3). При этом принят разный «вес баллов». Отсутствие признаков гидроморфизма означает отсутствие гидрогенной трансформации в почвах и оценивается «0».
Изменения в растительности от коренного берега к урезу воды в связи с увеличением влагообеспеченности биотопов идут в направлении смены влагоустойчивых видов и растительных сообществ влаголюбивыми. При составлении оценочной шкалы для облегчения ее восприятия, приведены не конкретные сообщества, а условный экологический ряд, отражающий суть изменений при усилении гидроморфизма биотопов от зонального к околоводному и водному (табл. 4).
Засоление почв побережий под влиянием водохранилища оценивается на основании содержания водорастворимых солей в сухом остатке водной вытяжки. Этот показатель изменяется в диапазоне от менее одного до 3%. При построении шкалы выбран шаг в 0.25% для двух нижних ступеней
(отсутствия и слабого засоления) и 0.5% - для верхних ступеней (среднего и высокой степени засоления).
35 36 37 38
Н, м 39 40
0
50
s <J 100
CO L. 150
>> 200
250
300
350
3 4
* *-
% *
X
10 9 8 7 6 5 4 3
г/л 3 t 4
♦
♦
ж ♦ ♦
W Н, м. БС 1 1 1
35
36
37
38
А
Б
Рис. 4. Глубина залегания (А) и минерализация грунтовых вод (Б) на разных участках воздействия водохранилища (в разных блоках экотона: 3- динамический, 4 - дистантный). Fig. 4. The depth (A) and groundwater salinity (B) in different parts of the impact of the reservoir (in different blocks ecotone: 3 -dynamic 4 - distant).
Условные обозначения: Кривые - рельеф поверхности топо-экологических профилей на Цимлянском водохранилище. Подписях к профилям в числителе - номер профиля, в знаменателе - номер ландшафта. Горизонтальные сплошные линии на графике: нижняя, равная значению высотной отметки с заливанием обеспеченностью Р=50%, она же соответствует высотной отметке положения границе дна и берега; верхняя -НПУ. Арабские цифры справа от графика - блоки экотона: 2 - амфибиальный (обнажившееся дно); 3 -динамический (заливаемый); 4 - дистантный (подтопленная территория). Окончание профилей определяется глубиной залегания грунтовых вод глубже 3 м. За ноль графика по оси У принято значение уровня воды водохранилища в период наблюдений в августе 2011 г., равное 32,6 м. По оси Х ноль графика соответствует положению уреза воды в период наблюдений. Legend: Curves represent the surface topography topo-ecological profiles on tsimlyanskii reservoir. The captions to the sections in the numerator - the number of the profile, in the denominator - the number of the landscape. Horizontal solid lines on the chart: lower, equal to the value of the elevations of the flood security P=50%, it corresponds to the altitude position the border of the bed and banks; top -NPU. Arabic numerals right of the graph blocks ecotone: 2 - Imperially (bare bottom); 3 - dynamic (fill); 4 - distant (podtoplennaya territory). The end profile is determined by the depth of the watertable deeper than 3 m. For the zero of the graph along the Y-axis value is the water level of the reservoir in the observation period in August 2011, equal to 32.6 m. X-axis zero of the graph corresponds to the position of the water level of the observation period.
Рис. 5. Рельеф побережий на топо-экологических профилях и протяженность блоков экотона. Fig. 5. The relief of the on topo-environmental profiles and the length of the blocks ecotone.
Таблица 1. Индикаторы гидроморфизма и их экологическое значение (критерии). Table 1. Indicators of hydromorphism and their ecological significance (criteria).
№ п.п Показатели Экологическое значение
1 Заливание, длительность и частота, дни слабое - 10 до 15 дней, не ежегодно среднее -16-40 дней, ежегодно сильное -более 40 дней ежегодно.
2 Грунтовые воды, подтопление, м сильное 0.3-1 м; умеренное - 1.25 м слабое- от 2.5 до 5(6) м.
3 В почвенном профиле - повышенная мощность гумусового горизонта (А+В) для луговато- и луговых почв более 130 см; для влажно-луговых более 100 см; - глубины горизонтов с развитием признаков современных окислительно-восстановительных процессов в виде гидроокисных пленок железа (охристых пятен); сизоватости, включения марганцево-железистых новообразований: от 1 до 2 м - слабое проявление лугового процесса; под гумусовым горизонтом, в слое 5080 см - активный луговый процесс; - развитие глеевого процесса; - для степной зоны - глубина залегания первичного и вторичного гипса, свидетельствующие об уровне поднятия капиллярной каймы грунтовых вод; присутствие карбонатной плесени или размытых палевых пятен белоглазки (СаСОз).
4 В растительности - изменение экологического типа растительности на основе характеристик представленности (соотношения) видов разных экологических групп по отношению к водному фактору и доминирования (гигрофиты, гидрофиты, мезофиты, ксерофиты), а также по отношению к типу водного питания (фреатофиты, трихогидрофиты, омброфиты) и засолению почв (мезофиты, мезогалофиты, галофиты); - доминирование или присутствие видов-индикаторов водного режима (подтопления и затопления)
5 В животном населении Изменение численности и плотности популяций индикаторных групп
Таблица 2. Шкала для оценки изменения положения грунтовых вод при возрастании гидроморфизма. Table 2. Scale to assess changes in groundwater depth with increasing hydromorphism.
Глубина грунтовых вод (в исходном ландшафте, до затопления), м Глубина грунтовых вод современная), м
>3 (5) 3-1,5 1,5-0,5 0,5-0
>3 (5) 0 1 2 3
3-1.5 1 0 1 2
1.5-0.5 2 1 0 1
0.5-0 3 2 1 0
Примечание: число внутри ячеек таблицы - баллы, оценивающие изменение исходного уровня грунтовых вод, указанных в левой вертикальной колонке по отношению к значению в настоящее время, указанным в верхней горизонтальной строке. Note: the number within the table cells - scores, which evaluate the change of the initial groundwater level, shown in the left vertical column relative to the value currently specified in the upper horizontal row
Таблица 3. Шкала для оценки гидрогенной трансформации почв в баллах. Table 3. Scale for the evaluation of hydrogenic transformation of soils in points.
Показатель ндикаторы современного гидроморфизма Луговый процесс Болотный процесс
Вскипание Вторичный гипс Охрис-тость Сизова -тость Бобовин - ки Fe+Mn CaCOs плесень
Подтип Тип Подтип Тип
Исходный тип - автоморфные зональные почвы 1 1 1 1 1 1 6 8 9 10
Примечание: в амфибиальном блоке, в условиях открытого побережья почвы смыты, присваивается максимальный балл, оценивающий наивысшую степень трансформации - 12. Note: in amphibial block, on the open coast the soil is washed away, is assigned the maximum score that estimates the highest degree of transformation - 12
Таблица 4. Шкала для оценки гидрогенной трансформации растительности в направлении возрастания увлажнения. Table 4. Scale for the evaluation of hydrogenic transformation of vegetation in the direction of increasing moisture.
Зона Экология растительных сообществ функциональных блоках экотона
амфибиальный динамический дистантный маргинальный
Степная гидрофильные и гигрофильные гигрофильные и мезофильные мезофильные, мезоксерофиль- ные, ксерофильные ксерофильные, мезоксерофильные
Баллы 6 4 2 0
Примечание: при отсутствии сомкнутой надземной растительности в амфибиальном блоке, изменению присваивается еще 2 балла. В итоге здесь присваивается 8 баллов. Note: in the absence of closeness of above-ground vegetation in empirialism block, the change is assigned 2 more points. In the end, there is assigned 8 points
Разработанные шкалы (табл. 2-4) были использованы для проведения оценки степени трансформации компонентов природных комплексов (грунтовых вод, почв и растительности) в блоках экотонной системы вмещающих ландшафтов побережий исследованных водохранилищ степной зоны на европейской территории России (табл. 5). Затем была рассчитана глубина трансформации как их сумма - отдельно для каждого блока вмещающего ландшафта (табл. 5, правый столбец). Чем выше значение балльной оценки, тем более глубокой трансформации подвергся природный комплекс данного блока. Кроме того, на основании глубины трансформации природных комплексов по блокам была рассчитана глубина трансформации природных комплексов в среднем по водохранилищу (табл. 5). Как видим, самое низкое значение среднего балла (6.6) оказалось у Краснодарского, и оно возрастает по градиенту аридизации среды в направлении на юг, где в Кума-Манычской впадине на Пролетарском и Веселовском водохранилищах засоление почв дополнило трансформацию экосистем, и она оказалась самой высокой (11.3 и 12.4 соответственно).
Таблица 5. Оценка трансформации экосистем в зоне влияния водохранилищ в баллах на основании индикаторов современного гидроморфизма в функциональных блоках. Table 5. Assessment of ecosystem transformation in the zone of influence of reservoirs in scores based on indicators of modern hydromorphism in function blocks.
Подзона Индекс ландшафта, номер профиля* Блок * * экотона Грунтовы е воды Мощность гумусового горизонта Включения Расти- тель- ность Засоление Сумма баллов
Степная настоящие степи КРАСНОД АРСКОЕ водохранилище - 6.6
(239 в) КП II* 1 0 2 6 0 9
III 1 0 3 4 0 8
(239 е) КП 8 II 1 0 1 6 0 8
III 1 0 1 4 0 6
IV 0 0 0 2 0 2
ЦИМЛЯ НСКОЕ водохранилище - 8.5
(239 б) ЦП 6 III 2 0 2 4 1 9
IV 2 0 0 2 0 4
Сухостепная (251 а) ЦП 21 III 2 0 3 4 2 11
IV 1 0 2 2 1 6
(255 о) ЦП 18 III 2 0 2 4 3 11
IV 1 0 0 2 1 4
(255 ч) ЦП 1 III 2 6 4 4 0 16
IV 1 0 3 2 0 6
V 0 0 1 2 0 3
(255 ц) ЦП 11 III 2 6 2 4 2 16
IV 1 0 3 2 1 7
ПРОЛЕТАРСКОЕ водохранилище - 11.3
(249 б) ПП 5 II 2 6 2 4 3 17
III 1 0 2 4 3 10
IV 0 0 3 2 2 7
ВЕСЕЛО] ЗСКОЕ водохранилище - 12.4
(249 б) ВП1 II 3 10 0 6 3 22
III 2 0 3 4 3 12
IV 0 0 1 3 2 5
(255 и) ВП 5 III 1 6 3 4 3 17
IV 1 0 1 2 2 6
Примечания: *номера в скобках - индексы ландшафтов по Ландшафтной карте (1987); под ними -индексы топо-экологического профиля на каждом водохранилище; **римскими цифрами обозначены блоки экотонной системы побережья: II - амфибиальный; III - динамический; IV -дистантный; V - маргинальный. Notes: *numbers in brackets are indices of landscape according to the Landscape map (1987); under them - the indices of the topo-ecological profile for each reservoir. **designated by Roman numerals blocks ecotone system coast: II - Imperially; III - dynamic; IV - distant; V is the marginal
В заключение следует сказать, что разработанная методика пока географически ограничена областью применения в степной зоне, но дальнейшее развитие исследований в других зонах позволит расширить ее использование.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Балюк Т.В., Кутузов А.В. 2006. Методы выявления состава и структуры экотонной системы «вода-суша» на побережье Цимлянского водохранилища // Аридные экосистемы. Т. 12. № 30-31. С. 68-78.
Залетаев В.С. 1997. Структурная организация экотонов в контексте управления // Экотоны в биосфере. М.: РАСХН. С. 11-29.
Ландшафтная карта СССР. 1987. Масштаб 1:2 500 000. М.: Мин-во геологии.
Лучшева А.А. 1983. Практическая гидрометрия. Л.: Гидрометеоиздат. 424 с.
Новикова Н.М., Волкова Н.А., Уланова С.С., И.Б. Шаповалова, А.А. Вышивкин. 2011. Ответные реакции экосистем на изменение водного режима территорий в степной зоне // Аридные экосистемы. Т. 17. № 3 (48). С. 38-48.
Новикова Н.М., Волкова Н.А., Назаренко О.Г. 2014. Функционирование экотонных систем побережья Цимлянского водохранилища //Аридные экосистемы. Т. 20. № 4(61). С. 24-35.
Новикова Н.М., Назаренко О.Г. Современный гидроморфизм: процессы, формы, проявления, признаки // Аридные экосистемы. 2007. Т. 13. № 33-34. С. 70-82.
Новикова Н.М., Назаренко О.Г. 2013. Природные комплексы побережий искусственных водоемов на юге европейской части России//Аридные экосистемы. Т.19. №3. С.35-62
Новикова Н.М., Уланова С.С. 2012. Искусственные водоемы Калмыкии: режим, использование, природоохранное значение // Изменение природной среды России в ХХ веке. М.: Молнет. С. 288-306.
Плисак Р.П. 1981. Изменение растительности дельты реки Или при зарегулировании стока. Алма-Ата: Наука. 215 с.
Природные комплексы побережья Цимлянского водохранилища. 2014 / под ред. Н.М. Новиковой. М.: Агронаучсервис. 152 с.
Экотонные экосистемы «вода-суша»: методика исследований, структурно-функциональная организация и динамика. 2011 / Отв. ред. Новикова Н.М. М.: Товарищество научных изданий КМК. 272 с.
THE METHODOLOGY FOR ASSESSING THE IMPACT OF THE RESERVOIR ON THE
COASTAL TERRITORY
© 2015. N.M. Novikova*, N.A. Volkova*, O.G. Nazarenko**
* Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences Russia, 119333 Moscow, Gubkina Str. 3. E-mail: [email protected] ** Rostov State Center of Agrochemical Service Russia, 346493 Rostov region, Aksayskii raion, Rassvet poselok. E-mail: [email protected]
Given the rationale and characteristics of the methodology of the study and evaluation of the impact of large reservoirs on the natural complexes of the coasts. The algorithm works including the step of identifying areas of the coast that is exposed to direct (flood) and indirect (flooding) effects of reservoir stage and the actual assessment of the transformation of natural complexes in each of these areas. The impact assessment is based on a system of biological and environmental indicators and criteria indicators hydrogenic transformation of the environment and biota of the coasts (groundwater, soils, and vegetation). Their combination allows us to estimate the extent and depth of the changes natural wetland complexes as by comparison with the components of the source landscape that existed before the creation of the reservoir, and on the basis of the developed scales for each of the indicators. Using techniques discussed on the example of lowland reservoirs of the steppe zone of European Russia.
Keywords: the water level of the reservoir, coastal, functional blocks ecotone system water-land, flood, flooding, topo-ecological profiling, metrics, criteria, scales.
