Міністерство охорони навколишнього природного середовища україни український науково-дослідний інститут екологічних проблем (Укрндіеп)
Вид материала | Документы |
- Міністерство охорони навколишнього природного середовища україни український науково-дослідний, 845.13kb.
- Міністерство охорони навколишнього природного середовища україни державне управління, 2953.07kb.
- Міністерство охорони навколишнього природного середовища України Державне управління, 6929.63kb.
- Міністерство охорони навколищнього природного середовища україни державне управління, 6100.26kb.
- Міністерство екології та природних ресурсів україни державне управління охорони навколишнього, 6497kb.
- Україна міністерство охорони навколишнього природного середовища україни, 156.84kb.
- Міністерство охорони навколишнього природного середовища України, 1698.24kb.
- Форма оголошення про проведення відкритих торгів, 20.04kb.
- Форма оголошення про проведення відкритих торгів, 18.34kb.
- Охорони навколишнього природного середовища україни Державне управління охорони навколишнього, 3996.75kb.
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.