Міністерство охорони навколишнього природного середовища україни український науково-дослідний інститут екологічних проблем (Укрндіеп)

Вид материала

Содержание

3.2 Вплив штучних рифів на навколишнє середовище
3.2.1 Біологичні елементи берегорегулювальних систем
3.2.2 Екологічні наслідки впливу біотичних елементів штучних рифів на навколишнє середовище
3.2.3 Позитивний вплив
Mytilus galloprovincialas
3.2.4 Негативний вплив
3.2.5 Загальні висновки щодо оцінки впливу штучних рифів на навколишнє середовище

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7

3.2 Вплив штучних рифів на навколишнє середовище

Проблема захисту узбережжя шляхом створення штучних рифів знаходиться на стику декількох наук: геології, гідрології і біології і є питанням інженерної екології. Рішення багатьох екологічних проблем, що виникають у зв’язку з експлуатацією штучних рифів, можливе тільки за допомогою комплексного системного підходу. Цей підхід допомагає вирішенню питання щодо направленості впливу (позитивної або негативної) штучних рифів на навколишнє середовище, що необхідне з точки зору визначення допустимих навантажень на акваторію узбережжя і управління якістю прибережних вод.

3.2.1 Біологичні елементи берегорегулювальних систем

Штучні рифи представляють собою досить значне гідрологічне утворення, яке впливає на екологічні процеси у масштабі всієї водойми або великої її зони. Крім того, що штучні рифи виповнюють головне своє призначення: гасять силу хвиль і знижують розмив берегів, з часом на контактній поверхні «штучний риф – вода» з‘являються більш-менш складні і розвинуті біоценози живих організмів водної флори і фауни. Завдяки штучним рифам гідродинамічні процеси ускладнюють і різноманітять умови життя біоти у прибережній зоні, зокрема, покращують якість життя шляхом аерації води, додаткового надходження об’єктів живлення і виносу продуктів життєдіяльності. Це приводить до закономірного різноманіття форм населення біотопу рифу і до здібності організмів до інтенсивного розвитку.

Біоценоз, що утворюється на поверхні штучного рифу носить назву «обростання» або перифітону, і складається безпосередньо з прикріплених форм, а також з крупних рухомих форм гідробіонтів, що привернені біоценозом і супроводжують обрости.

Згідно монографії [38], перифітон – це екологічне угруповання гідробіонтів, що мешкають на розділі фаз вода-твердий субстрат будь-якого походження і природи, а обростання – це сукупність водних організмів, що поселилися в мешкають на твердій антропогенній поверхні. Водночас обростання - це і процес формування угруповань гідробіонтів на антропогенних субстратах у воді. Загалом, обростання - це техніко-біологічний термін, що відноситься до специфічно важливої частини господарчого використання перифітону.

Формування і розвиток біологічної складової штучного рифу обумовлені феноменом «згущення життя» на розділі фаз вода-тверде тіло. Завдяки феномену на масштабних жорстких конструкціях штучних рифів посилюються продуктивні та деструкційні процеси і формується багата за складом і щільна структура обросту. Так, наприклад, за даними Зайцева Ю.П. [38, с.280] штучні рифи з вапняку через 3-4 роки після встановлення в морі давали підвищення альгомаси у десятки разів, біомаси безхребетних – на 2-3 порядки, іхтіомаси – на 1-2 порядки, збільшення видового різноманіття окремих груп макробезхребетних – у 5-10 разів.

Обростання як у природних, так і у штучних умовах є важливим ланцюгом кругообігу речовин і фактором посилення самозахисної функції водойми. Саме з цими процесами пов’язана біопозитивна роль гідротехнічних споруд у морі, у тому числі штучних рифів.

Біологічна активність штучного рифу залежить від рівня його обростання. Виділяють 4 рівня масштабності впливу активних зон штучного рифу на екосистему водойми або її зони:

1. Активність зони – у масштабі декілька міліметрів від поверхні субстрату. Переважають мікрообростання з бактеріальної флори. Домінують процеси адсорбції і адгезії, що важливе з точки зору здійснення процесів осадження завислих речовин і активної, збалансованої з продукцією, деструкції органічних речовин мікроорганізмами-деструкторами і редуцентами.

2. Активність зони – у масштабі сантиметрів і десятків сантиметрів. Переважають макроформи обростання: двостулкові молюски, ракоподібні, моховатки, більшість з яких завдяки процесу живлення здійснює фільтрацію та седиментацію зважених органічних речовин, тобто очищення води від забруднення.

3. Активність зони – у масштабі метрів і десятків метрів. Спостерігається ускладнення біогеоценозу обростання за рахунок розвитку у просторі угруповань прикріплених і пересувних форм, збільшення просторової конфігурації біотопу і різноманітності умов мешкання. Посилюється активність процесів, характерних для 1 і 2 рівнів активності зон.

4. Активність зони – у масштабі водойми або її зони. Формується біогідрологічний об’єкт з концентрацією організмів біоценозу обростання і із значними гідродинамічними властивостями, які становляться фактором впливу на навколишнє середовище.

Інтенсивність обростання залежить від багатьох абіотичних і біотичних факторів. Дуже сильний вплив спричиняють місцеві гідрологічні і біологічні фактори, їх зміна і тривалість дії. Не абияку роль грає матеріал підводних конструкцій. Тому обростання може бути і у вигляді мало примітної плівки бактерій, і твердого багатоярусного обросту до 100 кг/м².

Встановлено [39], що найбільша щільність обростання молюсками в умовах Севастопольської бухти досягається на бетонній поверхні масивних і фасонних блоків на відміну від мармурового кришення та кам’яного накидання. У даному випадку на бетонних конструкціях утворюється більш потужний біофільтр і більший природозахисний ефект. Відносна ефективність гідротехнічних споруд у процесах самоочищення в залежності від матеріалу співвідносить бетонну кладку набережної Севастопольської бухти, накидання бетонних фасонних блоків (тетраподи), накидання бетонних масивів і кам’яного накидання як 19:10:8:1 відповідно.

3.2.2 Екологічні наслідки впливу біотичних елементів штучних рифів на навколишнє середовище

Штучний риф – це біогідрологічний об’єкт, котрий, з одного боку, є гідротехнічною спорудою, що впливає на гідродинамічне значимі процеси щодо берегоукріплення. З другого боку, штучний риф концентрує на своїй поверхні живі організми перифітону або, правильно сказати, обростання, і тим самим посилює біологічні процеси у воді, що сприяє покращенню її якості і стану екосистеми.

Екологічні наслідки впливу на навколишнє середовище від спорудження штучних рифів розглядаються в аспекті його головного і додаткового призначень і: в якості захисних гідротехнічних систем узбережжя, а також в якості елементу самоочищення вод.

Ефективність роботи штучного рифу може бути різною в залежності від його типу і особливостей призначення. Загальна ефективність штучного рифу оцінюється по даним щодо величин різних ефектів і витратам на його побудову і експлуатацію. Для цього можна використати балансове рівняння [38], яке має вигляд:

Ефективність = Егт+Екв+Еур+Епр+Есц+Еут-Внп-Вм-Вст-Век-Всу,

де:

Е – ефекти:

Егт - гідротехнічний;

Еяв - від зміни якості води;

Еур - від одержання врожаю промислових гідробіонтів;

Епр - природоохоронний;

Есц - соціальний;

Еу - від утилізації непридатних матеріалів для споруди рифів

В – витрати:

Внп - на наукові і проектні розробки;

Вм - на матеріали;

Вст - на будівництво;

Век - експлуатаційні ;

Всу - на збирання врожаю

3.2.3 Позитивний вплив

Позитивна значущість штучного рифу заснована в основному на його гідродинамічних і біологічних ефектах. Обумовлено це загальним явищем для усіх живих організмів, що мешкають на розділі фаз, в тому числі фаз вода - тверда речовина, явищем інтенсифікації фізичних і біологічних процесів, яке називається «згущення життя».

Щодо біологічних ефектів від самоочищення, то вони обумовлені формуванням на додатковій площі підводній поверхні гідроспоруд поселень біологічних організмів фауни обростання і флори заростання. Більшість з прикріплених форм безхребетних організмів є фільтраторами по типу живлення і тому активними учасниками процесу самоочищення прибережних вод. від розчинених та зважених речовин, в тому числі від органічного і нафтового забруднення, іонів кальцію, радіонуклідів, тощо. Внаслідок заростання штучного рифу зануреними макрофітними рослинами, досягається ефект «біоплато», і риф разом із обростанням становиться елементом біотичного процесу самоочищення водойми від біогенного і органічного забруднення.

Але процес самоочищення відбувається тільки при умові збалансованості взаємопов’язаних процесів біологічного продукування і деструктивної здібності водойми У протилежному випадку їх незбалансованість може привести до самозабруднення акваторії водойми і погіршення якості води і стану водного об’єкту. Тому екологічні наслідки побудови гідротехнічних споруд у прибережній зоні моря можуть виявитися як позитивними, так і негативними для навколишнього середовища і тільки у збалансованому вигляді штучні рифи можуть надавати позитивний ефект.

Біопозитивних ефектів від спорудження штучних рифів декілька, це:

покращення процесів самоочищення водойми або її зони (при умові збалансування продукції-деструкції) від органічних речовин за рахунок додаткового розвитку біоценозу обростання;
покращення якості води, що є наслідком функціонування біоценозу обростання: деструкції органічної речовини, біоседиментації, біорозкладу токсикантів, вилучення з води різноманітних іонів (кальцію, радіонуклідів, тощо); стану водного об’єкту або його зони;
підвищення врожайності водойми за рахунок збільшення в районі штучного рифу рибної продукції, товарної продукції безхребетних (молюски, краби, раки, креветки), водоростей;
природоохоронний - за рахунок покращення середовища мешкання задля гідробіонтів та зберігання і підтримки розвитку рідких видів;
рекреаційно-соціальний – за рахунок підвищення самоочисної здібності водойми, що особливо актуально для зон пляжів і покращення умов відпочинку населення;
науковий – у можливості розробки як фундаментальних, так і практичних основ удосконалення біопозитивності різноманітних інженерних систем в усіх напрямках: господарчому, екологічному, рекреаційному та інших.

Створення таких інженерно-екологічних споруд, що поєднують ефекти рифу і біоплато потребують еколого-економічної оцінки їх ефективності. Для цього необхідні дані і розрахунки для збалансування функціонування штучного рифу щодо блоків продукції і деструкції органічної речовини. Розрахунки будуються на даних інтенсивності обміну організмів перифітону і бентосу щодо необхідної величини зниження кількості органічних речовин у водоймі.

Підвищення позитивності від спорудження штучних рифів може здійснюватися за рахунок спостереження і вивчення усіх складових цього явища, як живої, так і неживої природи, в напрямку їх збалансування між собою і з навколишнім середовищем. Для цього необхідні моніторингові спостереження, про що йдеться у роботі [40] по розробці берегоукріплення м. Сочі у розділі щодо «Вимог щодо охорони природи при розробці і реалізації берегорегулювальних заходів». Зокрема, документація по оцінці впливу на навколишнє середовище (ОВНС) повинна містити наступні вимоги:

облік існуючої екологічної ситуації і стану навколишнього середовища в межах ділянки узбережжя що підлягає захисту і на сусідніх з ним;
можливі соціально-економічні і екологічні наслідки при реалізації проектів берегозахисних пропозицій та їх альтернатив;
пропозиції щодо запобіганню неприпустимих для суспільства наслідків;
пропозиції щодо моніторингу навколишнього середовища в межах ділянки морського узбережжя що підлягає захисту і на сусідніх з ним.

Публікацій щодо позитивного використання штучних рифів багато. Прикладом використання штучних рифів є досвід водойм-охолоджувачів ТЕС [38], де рифи змінюють напрямок потоків охолоджувальної води, а також відгороджують і захищають акваторію від хвилювання, береги від розмиву, а водозабори від донних наносів. Існує досвід використання додаткової поверхні водних субстратів задля значного збільшення кількості кормових організмів риб, внаслідок чого темп зростання молоді коропу зростав у 2 рази. Це явище давно практично використовується рибалками для покращення кормової бази на окремих акваторіях.

Дослідження в умовах Чорного моря показали [39], що біопозитивний ефект від гідротехнічних споруд залежить від складу і інтенсивності їх обростання. По-перше, водорості обростання збагачують воду киснем і органічними речовинами, без чого неможливе нормальне існування біогеоценозу поверхневих вод. По-друге, фауна обростання шляхом седиментації і фільтрації переробляє органічні речовини рослин у більш доступні для мінералізації бактеріальною флорою. Так, у процесі життєдіяльності біоти досягається очищення води від природних і антропогенних забруднювачів та від хвороботворних мікробів.

Найбільш активними організмами у Чорному морі є в молюски мітіліди: мідія ( Mytilus galloprovincialas) і мітілястер (Mytilaster lineatus). За рахунок фільтраційної роботи молюски осаджають завислі речовини, в тому числі завислі нафтовуглеводи. Нафтовуглеводи у тілі молюсків концентруються і трансформуються у фекалії і псевдо фекалії і, таким чином, становляться доступними для послідуючого розкладу мікроорганізмами [41].

Досвід спорудження штучних рифів-хвилерізів (reef ball) у Домініканській республіці [16] свідчить, що підводні штучні рифи після зростання маси м’якого і твердого бентосу, враховуючи і корали, забезпечили значне покращення екологічної ситуації на пляжах курортної зони.

3.2.4 Негативний вплив

Крім позитивного є негативний бік проблеми обростання підводних субстратів, як природного, так і штучного походження. Додаткові поверхні обростання збільшують біомасу і різноманітність прикріплених видів, що підвищує імовірність обростання судів, водоводів і підводної техніки, і що спричиняє збитки бо викликає необхідність більш-менш регулярної боротьби з негативними наслідками обросту.

Проблемою негативного характеру є також замулення поверхні рифів і відмирання згодом організмів перифітону, що призводить до формування наносів органічного характеру, що спричиняє додаткове забруднення акваторії і узбережжя [42].

3.2.5 Загальні висновки щодо оцінки впливу штучних рифів на навколишнє середовище

У технічному аспекті штучні рифи представляють собою гідродинамічну систему, що гасить силу хвиль і знижує розмив берега. У біологічному аспекті штучні рифи є додатковими субстратами для поселення організмів біоценозу обростання, що змінює і ускладнює поверхню штучного рифу, в сторону збільшення контактної зони «твердь-вода» і рівня її активності. По-перше, це може призвести до змінювання гідродинамічних характеристик окремої зони акваторії водойми; по-друге, це створює на кордоні «твердь-вода» біоценози і поверхні (біотопи) з різною потужністю і активністю щодо функціонування біоти.

Появу біопозитивного ефекту штучного рифу обумовлює утворення біофільтру з організмів обростання і підвищення інтенсивності процесу самоочищення в прибережній зоні водойми або її зони. Найвищім потенціалом самоочищення володіють прикріплені організми фауни обростання: молюски (дрейссена, мітіліди), моховатки, губки і ракоподібні. Потужність такого біофільтру залежить від багатьох факторів.

Біологічні наслідки спорудження «штучних рифів» для водного об’єкту дуже важливі. Вони проявляються у збільшенні таксономічного різноманіття водних організмів, в активізації процесів продукції органічних речовин і трансформації її по харчовим ланцюгам. Значна роль молюсків обростання в очищенні води від органічного і нафтового забруднення за рахунок фільтрації і седиментації завислих речовин, концентрування і трансформації їх у форми, що легко піддаються бактеріальному розкладу. Усі ці фактори є запорукою покращення якості води і стану екосистеми узбережжя морів. Крім того, не можна недооцінювати обростання як досить багате джерело живлення риби.

Матеріалів щодо ефективності берегорегулювальних споруд різного типу для процесів самоочищення морських вод і рекомендацій щодо підвищення їх біопозитивності поки що недостатньо.

Для здійснення біопозитивного впливу на екосистему узбережжя гідродинамічна система штучного рифу повинна забезпечувати добрий водообмін і взаємодію автотрофного, гетеротрофного блоків обростання із зовнішнім оточенням, в тому числі із виносом метаболітів і привнесенням їжі з водою.

Важливими факторами, що впливають на інтенсивність процесів самоочищення є матеріал поверхні для заселення і його площа, чисельність поселення, таксономічний склад і розмірно-вікова структура обростання організмів-фільтраторів.

Найбільш важливим фактором у створенні біопозитивності гідротехнічних споруд ї є не більш велика поверхня, а більш висока чисельність молюсків обростання. Більш висока щільність обростання досягається на бетонній поверхні ніж на мармуровому кришенні або кам’яному накиданні.

Екологічні наслідки використання той або іншої конструкції штучного рифу оцінюються в залежності від збалансованості процесів біопродуктивності і деструкції органічних речовин на підводній поверхні, що потребує певних моніторингових досліджень і розрахунків.

Blog