CC BY
6АВИАЦИЯ (AVIATION)
УДК 629.7.01
Михеев В.О.
студент специалитета кафедры 101 «Проектирование и сертификация авиационной техники» Московский авиационный институт Национальный исследовательский университет (г. Москва, Россия)
ПРОБЛЕМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГИДРОАВИАЦИИ НА ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
Аннотация: гидроавиация, благодаря универсальности своего базирования, является незаменимым и неотъемлемым видом транспорта для решения множества задач, например, транспортировки людей и грузов в отдаленные и малоосвоенные территории, пожарно-спасательныхработ, морского патрулирования и многих других. Однако эксплуатация этих самолетов вызывает опасения по поводу их потенциального воздействия на водную среду. Эта научная статья направлена на изучение и оценку различных способов воздействия гидроавиации на водные экосистемы. На основе анализа существующих исследований в этой статье обсуждаются потенциальные экологические, гидрологические и шумовые последствия эксплуатации гидроавиации. Результаты этого исследования подчеркивают важность понимания вреда и смягчения воздействия, связанного с использованием гидроавиации, на окружающую среду.
Ключевые слова: гидроавиация, гидросамолет, экология, экосистема, водная среда, водная фауна, эксплуатация, загрязнение, меры снижения воздействия, защита окружающей среды.
1. Введение
Гидросамолеты представляют собой летательные аппараты, предназначенные для сухопутной или водной эксплуатации. Они обладают
способностью взлетать и приземляться на водоемы, что делает их универсальными транспортными средствами для различных целей, таких как туризм, поисково-спасательные работы и перевозки в отдаленные районы с ограниченной инфраструктурой. Между тем водная эксплуатация гидроавиации вызывает опасения по поводу её потенциального воздействия на водную среду.
Водные экосистемы, в том числе озера, реки, болота и прибрежные районы, представляют собой деликатные и сложные системы, в которых присутствуют разнообразные виды растений и животных. Эти экосистемы характеризуются тонким балансом экологических процессов и взаимодействий, поддерживающих их здоровье и функциональность. Любое нарушение или изменение этих систем может иметь серьезные последствия для обитающих в них организмов, а также для функционирования всей экосистемы.
Понимание потенциального воздействия гидроавиации на водные экосистемы имеет решающее значение для разработки соответствующих стратегий и руководств по смягчению последствий для сведения к минимуму неблагоприятного воздействия. Научные и тематические исследования, изучающие эти воздействия, необходимы для понимания конкретных механизмов и потенциальных последствий эксплуатации воздушных судов для водной среды.
2. Понятие гидроавиации
Гидросамолёт — самолёт, способный взлетать с водной поверхности и садиться на неё.
В зависимости от конструктивного исполнения различают следующие варианты гидросамолётов:
• Летающая лодка — самолёт, нижняя часть фюзеляжа которого выполнена в виде лодки.
• Поплавковый гидросамолёт — обычный сухопутный или специально построенный самолёт, на котором закреплены один, два или больше поплавков для стоянки и передвижения по поверхности воды;
• Амфибия — гидросамолет, на котором установлено сухопутное шасси для посадки на твёрдую поверхность или имеющий шасси, способное удерживать самолёт на любой поверхности, например, воздушная подушка.
• Гидросамолёт на подводных крыльях.
Рис.1. Классификация способов базирования на воде
Краткий обзор развития гидроавиации: a. Ранние годы (1900-1920-е гг.):
• Первый успешный полет гидросамолета состоялся в марте 1910 года, когда Анри Фабр продемонстрировал свой самолет Fabre Hydravion во Франции.
• Гленн Кёртис, пионер американской авиации, внес значительный вклад в развитие гидроавиации. В 1911 году он
представил Curtiss Model D «America», первый поплавковый гидросамолет.
• Первая мировая война стимулировала дальнейшее развитие гидросамолетов, поскольку они использовались для разведки и морских операций. Такие самолеты, как Felixstowe F.2 и Curtiss NC-4, совершали трансатлантические перелеты, демонстрируя расширяющиеся возможности самолетов-амфибий.
b. Межвоенный период (1930-1940-е гг.):
• В этот период произошел значительный прогресс в конструкции и технологиях гидросамолетов. Такие производители, как Dornier и Consolidated Aircraft Corporation разработали множество успешных моделей самолетов-амфибий, например:
• Dornier Do-X, огромный по меркам тех времен, был представлен в 1929 году и мог перевозить до 66 пассажиров.
• Consolidated PBY Catalina, разработанный в 1930-х годах, стал одним из наиболее широко используемых самолетов-амфибий во время Второй мировой войны. Он сыграл важную роль в морском патрулировании, противолодочной борьбе и поисково-спасательных операциях.
c. Эпоха после Второй мировой войны (1950-1970-е годы):
• Конец Второй мировой войны принес с собой новые достижения в области технологий, в том числе появление реактивных двигателей.
• В этот период были разработаны такие самолеты, как Saunders-Roe SR.A/1 и Grumman HU-16 Albatross. Последний выполнял различные функции, включая поиск и
спасение, морское наблюдение и даже как служебный транспорт.
• С увеличением доступности и возможностей наземных аэропортов и взлетно-посадочных полос использование гидросамолетов стало сокращаться в пользу традиционных сухопутных самолетов.
d. Современная эпоха (1980-е - настоящее время):
• Хотя гидросамолеты стали менее распространенными для коммерческого и военного использования, они остаются популярными в некоторых специализированных применениях:
• Самолеты-амфибии используются для тушения пожаров: они могут набирать воду из озер и океанов, затем сбрасывая ее на лесные пожары.
• В отдаленных районах с ограниченной инфраструктурой гидросамолеты обеспечивают жизненно важные транспортные и логистические услуги, особенно в регионах с многочисленными озерами и реками.
• Возрождается интерес к прогулочным гидросамолетам: такие компании, как Icon Aircraft, проектируют современные самолеты-амфибии для частного использования.
3. О водных экосистемах
Водной называется экосистема, для которой естественной средой обитания является вода. Именно она определяет уникальность той или иной экосистемы, видовое разнообразие и ее устойчивость.
Компоненты водной экосистемы делятся на два вида: абиотические (вода, свет, давление, температура, состав почвы дна, состав воды) и биотические. Биотика, в свою очередь, разделяется на следующие подвиды:
Продуценты — организмы, производящие органические вещества с помощью солнца, воды и энергии. В водных экосистемах продуцентами являются водоросли, в мелководных водоемах — прибрежные растения.
Редуценты — организмы, потребляющие органику. Это разнообразные виды морских животных, птиц, рыб, земноводных.
В экологии водные экосистемы принято разделять на пресноводные и морские. В основе этого деления лежит показатель солености воды. Если в литре воды содержится более 35% солей — это морские экосистемы.
К морским относятся океаны, моря, соленые озера. К пресноводным — реки, озера, болота, пруды.
4. Виды воздействий
Воздействие гидроавиации на водные экосистемы можно разделить на экологическое, гидрологическое и шумовое.
5. Экологическое воздействие
К проблемам экологического воздействия гидросамолетов можно отнести следующие факторы:
• разрушение и изменение среды обитания: вижение гидросамолетов в зоне водоемов может привести к физическому нарушению и разрушению водной среды обитания. Винты, фюзеляж и шасси самолета могут нанести прямой ущерб подводной растительности, местам гнездования и подводным объектам, таким как рифы и др. Эти нарушения могут сместить или разрушить важные места обитания рыб, амфибий, рептилий и других водных организмов;
• испуг и поведенческие изменения: громкий шум, вибрации и волнение, связанное с движением летательного аппарата по воде, может вызывать стрессовые реакции у животных, что приводит к изменению поведения - к разбеганию, отказу от критически важных действий, таких как кормление, размножение или уход за потомством, а также к изменению миграционного поведения. Нарушенное поведение может повлиять на индивидуальную физическую форму, репродуктивный успех, численность и общую динамику популяции;
• столкновения и физический ущерб: в некоторых случаях самолеты могут представлять прямую физическую угрозу для водной фауны. Столкновения самолета с морскими животными могут привести к травмам или их гибели и могут иметь последствия на уровне популяции для находящихся под угрозой исчезновения или уязвимых видов.
Важно отметить, что масштабы и серьезность влияния на водную фауну может варьироваться в зависимости от таких факторов, как размер самолета, скорость, частота полетов, близость к уязвимым местам обитания и специфические характеристики водной экосистемы. Проведение тщательных исследований и принятие мер по смягчению последствий могут помочь свести к минимуму это влияние и обеспечить защиту водной фауны в вовлеченных районах.
6. Гидрологическое воздействие
Под гидрологическим воздействием гидроавиации на водные экосистемы понимаются изменения динамики, качества воды и её гидрологических процессов, возникающие в результате эксплуатации самолетов. Некоторые ключевые факторы, связанные с гидрологическим воздействием, включают:
• завихрение и смещение воды: движение воздушных судов по поверхности воды может вызвать её турбулентность и смещение, что может дезориентировать или перемещать водные организмы, влияя на их
естественное поведение, ориентацию и способность находить источники пищи. Перемещение отложений и изменение течения воды из-за движения самолетов могут дополнительно воздействовать на бентические организмы, зависящие от стабильных условий субстрата;
• изменения качества воды: эксплуатация воздушных судов связана с использованием топлива, масла и других жидкостей, которые потенциально могут вытечь и попасть в воду. Эти вещества оказывают пагубное воздействие на качество воды, приводя к химическому загрязнению и нарушению хрупкого баланса водных экосистем. Разливы топлива и нефти, токсичных соединений, приводят к разрушительным последствиям, влияют на химический состав воды, уровень кислорода и общее состояние здоровья водных организмов;
• изменение гидрологических режимов: движение самолетов в водных экосистемах может вызвать изменения в местных гидрологических режимах. Возмущения, создаваемые самолетом, могут нарушать естественные схемы течения и циркуляцию воды в водоеме. Эти изменения могут иметь каскадное воздействие на водные организмы, которые полагаются на определенные режимы течения для своего питания, размножения и расселения. Изменения в водном потоке могут повлиять на перенос питательных веществ, изменить характер отложения наносов и эрозии, а также изменить распределение и доступность ресурсов в экосистеме;
• эрозия береговой линии: многократные взлеты и посадки гидросамолетов в определенных районах могут привести к эрозии и деградации береговой линии и прилегающих мест обитания. Воздушный поток от винтов и водное волнение могут привести к эрозии почвы, разрушению растительности и дестабилизации берегов водоемов, что приводит к потере среды обитания для водных организмов, а также
способствует увеличению отложений и стока питательных веществ, что потенциально может повлиять на экосистемы нижнего течения;
• температура воды и температурные изменения: движение гидросамолетов может влиять и на температуру воды. Перемешивание слоев ведет к переносу тепловой энергии, а, следовательно, к изменениям температуры воды, что может сказаться на физиологии и поведении водных организмов, особенно тех из них, чьи стадии жизни чувствительны к температуре, или видов, которым для размножения и роста требуются определенные тепловые режимы;
Понимание и смягчение гидрологического воздействия самолетов-амфибий необходимо для поддержания экологической целостности и функциональности водных экосистем.
7. Шумовое воздействие
Шумовое загрязнение, создаваемое самолетами-амфибиями, относится к чрезмерному и разрушительному звуковому излучению, производимому во время полетов самолетов, которое может оказывать неблагоприятное воздействие как на водные организмы, так и на общую акустическую среду водных экосистем. Некоторые факторы, связанные с шумовым загрязнением, создаваемым гидросамолетами, включают:
• поведенческие изменения: присутствие гидросамолетов и связанный с ними шум могут вызывать изменения в поведении водных организмов: измененные уровни активности, нарушение поведения при размножении и изменения в моделях общения. Например, способность рыб обнаруживать и реагировать на акустические сигналы, такие как предупреждения хищников или призывы к спариванию, может быть нарушена в шумной среде. Эти поведенческие изменения имеют каскадное воздействие на общее функционирование экосистемы;
• воздействие на общение, размножение и состояние : шумовое загрязнение от самолетов может мешать общению и репродуктивному поведению водных видов. Многие водные организмы полагаются на акустические сигналы для ухаживания, спаривания, территориальной защиты и родительской заботы. Чрезмерный уровень шума может маскировать или искажать эти акустические сигналы, что приводит к снижению репродуктивного успеха и уменьшению возможностей для спаривания. Нарушение связи может также повлиять на социальную иерархию, взаимодействие «хищник-жертва» и другие жизненно важные экологические процессы в водной среде. Длительное воздействие чрезмерного уровня шума также может нарушить поведение при кормлении, изменить характер плавания, увеличить расход энергии и вызвать физиологические и гормональные изменения, влияющие на общее состояние здоровья и выживаемость. Некоторые виды могут также испытывать повреждение или ухудшение слуха из-за длительного воздействия сильного шума;
• кумулятивное воздействие: шумовое загрязнение от самолетов может иметь кумулятивный эффект, когда несколько самолетов работают в одном и том же районе или в сочетании с другими источниками антропогенного шума, такими как движение судов или промышленная деятельность. Совокупный шум может усилить общее беспокойство и потенциально усугубить негативное воздействие на водные организмы, особенно в районах, которые уже подвержены высокому уровню окружающего шума.
8. Меры снижения воздействий
Меры по минимизации пагубного воздействия самолетов на водные экосистемы играют важнейшую роль в сохранении нормальной экологической обстановки. Эти меры направлены на уменьшение экологических нарушений,
защиту уязвимых мест обитания и продвижение ответственного поведения по отношению к окружающей среде. Можно применять следующие меры:
• оптимизация траектории полета: изменение траектории полета и высоты может помочь свести к минимуму воздействие полетов самолетов на водные экосистемы. Избегая уязвимых зон, таких как места размножения или важные кормовые угодья, самолеты могут уменьшить прямые нарушения водной фауны и свести к минимуму фрагментацию среды обитания;
• технологии снижения шума: более тихие двигатели, улучшенная конструкция винтов и использование звукопоглощающих материалов могут помочь снизить уровень шума, создаваемого во время полетов самолетов;
• стратегии управления окружающей средой: рекомендации по контролю шума, защите среды обитания и управлению качеством воды могут обеспечить ответственную и устойчивую практику;
• шумочувствительные зоны: создание зон, чувствительных к шуму, или охраняемых территорий вокруг критически важных мест обитания, может помочь свести к минимуму воздействие чрезмерного шума на водные организмы. Эти зоны могут быть обозначены как бесполетные или с низким уровнем шума;
• временные ограничения: установление ограничений по времени для полетов может помочь свести к минимуму беспокойство в критические периоды, такие как сезоны размножения или гнездования, и может обеспечить облегчение для уязвимых видов и свести к минимуму нарушения их жизненного цикла;
• осведомленность и просвещение общественности: крайне важно повышать осведомленность пилотов, операторов и широкой общественности о потенциальном воздействии гидроавиации на водные экосистемы. Образовательные кампании могут поощрять ответственное
поведение, соблюдение принципов и правил и способствовать развитию культуры рационального использования окружающей среды;
• сотрудничество и взаимодействие с заинтересованными сторонами: сотрудничество между эксплуатантами воздушных судов, регулирующими органами, природоохранными организациями и местными сообществами имеет решающее значение для реализации эффективных мер по смягчению последствий;
• исследования и мониторинг: непрерывные программы исследований и мониторинга необходимы для понимания конкретного воздействия гидроавиации и оценки эффективности мер по смягчению последствий.
Важно отметить, что эффективность смягчающих мер может варьироваться в зависимости от конкретных условий, местных правил и характеристик водных экосистем и операций самолетов-амфибий. Таким образом, комплексный и адаптивный подход, учитывающий специфические факторы и постоянное наблюдение, имеет решающее значение для успешного смягчения воздействия самолетов-амфибий на водные экосистемы.
9. Заключение
Изучение воздействия гидроавиации на водные экосистемы дает ценную информацию об экологических, гидрологических и шумовых последствиях эксплуатации самолетов в водной среде. Полученные данные подчеркивают необходимость принятия упреждающих мер для минимизации нарушений, вызванных этими самолетами, и защиты целостности водных экосистем.
Результаты исследования показывают, что самолеты-амфибии оказывают значительное экологическое воздействие на водные экосистемы, включая сокращение видового разнообразия, нарушение моделей размножения и изменение видового состава. Чувствительные виды, такие как амфибии и редкие виды растений, особенно уязвимы к нарушениям, вызванным действиями
самолетов. Кроме того, гидрологические изменения дополнительно влияют на функционирование и связанность водных экосистем. Шумовое загрязнение, создаваемое гидросамолетами, оказывает сильное воздействие на водные организмы, приводя к изменениям в поведении, снижению репродуктивного успеха и потенциальному избеганию среды обитания. Эти воздействия могут нарушить важные взаимодействия в водных экосистемах.
Для смягчения неблагоприятного воздействия самолетов-амфибий на водные экосистемы могут быть реализованы различные меры. Оптимизация траектории полета, технологии снижения шума и планы управления окружающей средой могут помочь свести к минимуму непосредственные помехи и уровень шума. Установление шумочувствительных зон, введение временных ограничений, а также повышение осведомленности и просвещения общественности способствуют внедрению ответственных методов и рациональному использованию окружающей среды. Сотрудничество между заинтересованными сторонами, наряду с постоянными исследованиями и мониторингом, имеет важное значение для эффективной реализации и постоянного улучшения мер по смягчению последствий.
Это исследование подчеркивает важность баланса между потребностями операций самолетов-амфибий и сохранением водных экосистем. Объединяя научные знания, информированное принятие решений и устойчивые методы, можно смягчить воздействие гидроавиации на водные экосистемы и обеспечить долгосрочное здоровье и устойчивость этих хрупких сред. Применяя проактивный и адаптивный подход, мы можем найти баланс между деятельностью авиации и сохранением водных экосистем, тем самым сохранив эти ценные места обитания для будущих поколений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. М.: Машиностроение, 2018. - 404 с.
2. Егер С. М., Матвеенко А. М., Шаталов И. А. Основы авиационной техники. М.: Машиностроение, 2003. - 719 с.
3. Зилов Е. А. Гидробиология и водная экология: учебное пособие. Иркутск: Иркут. ун-т, 2007. - 149 с.
4. Семерной В. П. Учение о гидросфере: учебное пособие. Ярославль: ЯрГУ, 2010. - 256 с.
5. Гидросамолет [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Гидросамолёт. (дата обращения: 29.05.2023).
6. Общеобразовательный Журнал Сезоны Года [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://сезоны-года.рф/водные%20экосистемы.html. (дата обращения: 29.05.2023).
Mikheev V.O.
Moscow Aviation Institute (Moscow, Russia)
PROBLEMS OF THE IMPACT OF HYDROAVIATION ON AQUATIC ECOSYSTEMS
Abstract: hydroaviation, due to the versatility of its basing, is an indispensable and integral mode of transport for solving many tasks, for example, transporting people and cargo to remote and underdeveloped territories, fire and rescue operations, maritime patrol and many others. However, the operation of these aircraft raises concerns about their potential impact on the aquatic environment. This scientific article is aimed at studying and evaluating various ways of the impact of hydroaviation on aquatic ecosystems. Based on the analysis of existing studies, this article discusses the potential environmental, hydrological and noise consequences of the operation of hydroaviation. The results of this study emphasize the importance of understanding the harm and mitigation of the impact associated with the use of hydroaviation on the environment.
Keywords: hydroaviation, seaplane, ecology, ecosystem, aquatic environment, aquatic fauna, exploitation, pollution, mitigation measures, environmental protection.
