Прогноз экологических последствий затопления болот при создании Богучанского водохранилища

9. Танделов, Ю.П. Плодородие почв и эффективность удобрений в Средней Сибири / Ю.П. Танделов. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - 309 с.

10. Шеффер, В.В. Оценка пылевого загрязнения районов Красноярского края за счет трансграничного переноса / В.В. Шеффер, С.Ф. Заграбчук, О.Н. Казенных // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. - Красноярск: Изд-во КНИИГиМС, 2001. - С. 193-197.

---------♦-----------

УДК 551.481.2 + 571.51 Л.В. Карпенко, ВД. Карпенко

ПРОГНОЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ЗАТОПЛЕНИЯ БОЛОТ ПРИ СОЗДАНИИ БОГУЧАНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА*

В статье рассмотрены экологические последствия затопления болот и заболоченных почв при создании Богучанского водохранилища. Прогнозируется возможная трансформация болотной растительности, торфяных залежей и физико-химических свойств торфа. Приводятся основные факторы и причины всплывания торфов в водохранилище, площади болот и объемы торфа, прогнозируемые к всплыванию. Даны рекомендации по уменьшению экологического ущерба от затопления болот в акватории водохранилища.

Введение. При создании Богучанского водохранилища в зону затопления, помимо почв, попадут торфяные и минеральные болота. По предварительным данным, их общая площадь составляет 9,5 тыс. га с запасами торфа 86,6 млн м3. По типам торфяной залежи около 80% болот относятся к низинному, 13% -переходному и менее 7% - верховому типу. Болота в основном расположены в пределах пойм р. Ангары и ее многочисленных притоков, и значительно реже - на склонах надпойменных террас.

Рассмотрим некоторые негативные экологические явления, которые могут возникнуть при затоплении болот в акватории водохранилища.

1. Трансформация болотной растительности и торфяной залежи. Исследованиями установлено [1], что растительность болот и верхние слои торфяной залежи под влиянием периодического и постоянного затопления подвергаются существенным изменениям, которые обусловлены, главным образом, продолжительностью и глубиной их затопления.

Длительное стояние воды на поверхности болот лишает верхние слои залежи кислорода воздуха, ослабляет процесс разложения растительных остатков и способствует накоплению вредных для растений минеральных соединений. Под действием прибоя волн, напора льда и плавника происходит размыв поверхностного слоя залежи. Нередко в волноприбойной полосе торфяная залежь разрушается на значительную глубину (до 0,5-1,0 м). Затопление болот способствует отложению на их поверхности наносов минерального и органического характера. После спада воды происходит обсыхание нарушенного слоя торфа, что приводит к улучшению аэрации залежи и усиленному разложению растительных остатков, которые были привнесены извне. В результате этого поверхностные слои торфяной залежи затопленных болот имеют повышенную степень разложения.

В условиях периодически повторяющегося затопления верховых и переходных болот естественная растительность частично или полностью отмирает и на ее месте формируются преимущественно ев-трофные группировки растений прибрежно-болотного типа.

При более глубоком затоплении (до 0,5 м и выше), а также на участках болот с сильно разрушенной залежью происходит формирование новых видов торфа. По ботаническому составу это преимущественно травяные или древесно-травяные торфа. Зольность этих торфов высокая и может варьировать от 7 до 12%.

Таким образом, периодическое затопление болот в долине Ангары приведет к формированию новых видов торфа, повышению его зольности и трансформации болотной растительности в сторону ев-трофизации.

* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта К ФФН-РФФИ-«Енисей» (№ 07-05-96814).

2. Всплывание торфа на затопленных болотах. Торфяные острова на плаву представляют собой морфологические образования, которые свойственны только искусственно создаваемым водоемам.

Как показали экспериментальные исследования, на существующих водохранилищах Европейской части России, имеется ряд факторов, вызывающих отрыв и поднятие торфяной залежи [2].

Основной фактор - скопление внутри торфяной залежи газов, преимущественно метана [3]. Всплывание торфов, вызванное скоплением газов, происходит обычно в весенний период, после очищения водохранилища от ледового покрова.

Вторым фактором, обусловливающим процесс всплывания, является более или менее продолжительное затопление болот, которое приводит к разжижению торфа и ослаблению сцепления между его отдельными слоями или между всей толщей торфа и минеральным дном.

Третьим фактором всплывания может быть зимняя сработка водохранилища. В результате этого ледяной покров на мелководьях оседает на дно и смерзается с торфом. При весеннем наполнении водохранилища ледяной покров всплывает вместе с примерзшим к его нижней поверхности торфом.

Сразу после всплывания на торфяном острове обычно нет растительности. Затем появляются осоки, рогоз, тростник, а затем и древесные породы - обычно ивы и береза.

В случае больших размеров водохранилища последующая эволюция торфяных островов будет определяться ветроволновым режимом водоема [3]. Прибойная зона островов постоянно разрушается, часть торфяной массы, наименее закрепленная растительностью, отрывается от островов и дрейфует по водохранилищу, создавая помехи судоходству и работе гидротехнических сооружений. В дальнейшем такие дрейфующие острова постепенно разрушаются волнами.

Далее кратко остановимся на причинах и механизмах возможного всплывания торфяных залежей в акватории Богучанского водохранилища.

Всплывание торфа возможно вследствие возникновения газообразовательных процессов. Установлена корреляционная связь между количеством газа в верхних слоях торфяной залежи, образующегося в результате деятельности микроорганизмов за некоторый период времени и суммой эффективных среднесуточных температур воздуха (!эф> 8,8оС) за тот же период [3-4]. Эта связь отражает биологическую закономерность, сущность которой заключается в том, что при достаточном увлажнении и необходимом питании активность микроорганизмов тем больше, чем выше температура среды.

Для Богучанского водохранилища сумма эффективных температур, превышающих порог всплывания, наступает на второй год после начала затопления торфяной залежи. Поэтому интенсивность всплывания может возрасти в три раза за 2-4 года эксплуатации, в пять раз - за период 5-6 лет, в пять-десять раз - за 7-12 лет.

Для развития микробиологических процессов требуется присутствие легкосбраживемых углеводов. Такими углеводами богаты шейхцериевые, шейхцериево-сфагновые торфа, вследствие чего в них накапливаются ^2, Н2, СН4 и другие газы. По мере нарастания температуры среды во внутризалежных пустотах возникает давление газа, что приводит к разрыву торфяной залежи в слое наименьшего сопротивления.

Установлено, что при затоплении низинных топяной и осоковой залежей слабой и средней степени разложения выделяется за сутки 30-40 тыс. литров газа с одного га, в том числе: метана - 10% (3-4 тыс. литров), углекислого газа - 60% (18-24 тыс. литров), окиси углерода - 30% (9-12 тыс. литров) [5]. Именно по этой причине возможно массовое всплывание торфяных залежей болот зоны затопления, так как они образованы, главным образом, осоковыми и гипновыми топяными торфами.

Очагом образования многочисленных дрейфующих торфяных островов могут служить болотные массивы в долине р. Ковы. Мощность торфяной залежи здесь варьирует от 2,0 до 2,5 м. Залежь сложена преимущественно переходными осоковыми, осоково-гипновыми и гипновыми видами торфа. На болотах зафиксировано высокое содержание газа, который местами выделяется постоянно, без механического воздействия на торфяную залежь. Состав газа следующий: азот (до 75%), метан (до 20 %), углекислый газ (4%), кислород (0,2%) и аргон (0,8%) [6].

Значительные площади всплывших торфяных островов прогнозируются и на болотном массиве «Зыбун», который расположен в долине р. Ангары напротив д. Селенгино. Мощность торфяной залежи достигает 2,4 м, с глубины 1,8-1,9 м торф, как правило, находится в мерзлом состоянии. Состав болотного газа в целом такой же, как на болотах в долине р. Ковы. Здесь, однако, наблюдается некоторое уменьшение количества метана (до 7%) и увеличение количества азота (до 86%) [6]. Можно прогнозировать, что всплывание торфяной залежи на этих болотах произойдет в первые годы после наполнения водохранилища.

Всплывание торфа в результате его промерзания или смерзания со льдом может наблюдаться при весеннем наполнении Богучанского водохранилища. По этой причине ожидается всплывание торфа на мел-

ководных участках водохранилища, в частности, на пойменных болотах, так как торфяная залежь здесь имеет большое количество древесных прослоек и "пней", находящихся на небольшой глубине.

Батиметрическое положение затопленной торфяной залежи играет важную роль при всплывании торфа. Так, интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов протекает различно в одной и той же залежи, если мощность слоя воды над ней будет разной. В мелководной зоне создается хороший прогрев, вызывающий интенсивную деятельность микроорганизмов, что, в свою очередь, обуславливает скорость протекания газообразовательных процессов в торфяной залежи. С увеличением глубины температура воды понижается, и активность микроорганизмов резко уменьшается. В водохранилищах выделяется 4 батиметрические зоны: 1 - до 2,5 м; 2 - 2,6-5 м; 3 - 5,1-10 м; 4 - более 10 м. В момент наполнения Богучанского водохранилища почти все имеющиеся болота окажутся в первой или второй батиметрических зонах.

При достижении водохранилищем НПУ 208 м распределение площадей болот по батиметрическим зонам будет нижеследующее:

- первая - 491 га;

- вторая - 252 га;

- третья - 1578 га;

- четвертая - 5361 га.

Приведенные выше данные свидетельствуют о глубоководном положении торфяных болот и заболоченных почв, что будет способствовать сильному сокращению масштабов всплывания торфа. Наблюдения за образованием торфяных островов на водохранилищах средней полосы России (Рыбинское, Верхнесвирское и др.) показали, что всплывание торфа с глубин 7-10 м происходит крайне редко [4]. Однако А.А. Прейс [7], изучая процесс всплывания торфа на Хантайском водохранилище (Красноярский край), отмечал, что массовое всплывание торфа происходило и с больших глубин (10-15 м).

Стратиграфическое строение торфяной залежи, ботанический состав и качественные показатели торфа в зоне затопления нередко благоприятны для всплывания торфа во всех батиметрических зонах.

Так, в долине р. Ангары широко представлены зыбунные участки торфа, которые могут подниматься сразу по мере затопления залежи. Особенно обширны площади зыбунных и сплавинных участков на торфяном месторождении «Зыбун», где они достигают нескольких десятков гектаров [6].

В зоне затопления также встречаются торфяные залежи, верхние слои которых мощностью до 1,0 м и более слагаются очень активными к всплыванию торфами малой и пониженной степени разложения, которая варьирует от 5,0 до 27,0%. Из них залежи:

- низинного типа, со степенью разложения 5,0-27,0%;

- переходного типа, со степенью разложения 5,0-22,0%;

- верхового типа, со степенью разложения 5,0-17,0%.

Такие залежи всплывут в первой-третьей батиметрических зонах, в основном в первые годы после затопления, при накоплении сумм эффективных среднесуточных температур воздуха 2000-6000оС.

Вместе с тем, слаборазложившиеся залежи, образованные торфами:

- переходного типа, со степенью разложения 23,0-27,0%;

- верхового типа, со степенью разложения 18,0-27,0%,

всплывут в больших масштабах в первой батиметрической зоне, в основном, в первое пятилетие после затопления, при накоплении сумм эффективных среднесуточных температур воздуха 6100-10000оС. Такими залежами, главным образом, сложены нижние слои торфяного месторождения «Зыбун». А если учесть, что с поверхности и до глубины 1,0 м они перекрыты малоразложившимися торфами, то есть опасность всплывания торфов этого месторождения с больших глубин, достигающих 10,0-15,0 м.

Широкое распространение в зоне затопления, преимущественно в долинах небольших притоков и ручьев, впадающих в Ангару, имеют торфяные залежи и илистые отложения, поверхностные слои которых мощностью 0,25-0,75 м сложены торфами малой степени разложения. Они обладают большой активностью к всплыванию в первой батиметрической зоне. Поднимутся преимущественно через 5-6 лет после затопления, при накоплении залежами сумм эффективных среднесуточных температур воздуха до 10000-20000оС.

Малоактивными к всплыванию будут распространенные в зоне затопления торфяные залежи и отложения, характеризующиеся средней степенью разложения - 28,0-37,0%. Они всплывут на участках с глубинами воды, не превышающими 1,5 м. Их всплывание произойдет в ограниченных масштабах через 7-12 лет после затопления, при накоплении сумм эффективных среднесуточных температур воздуха до 22000-30000оС.

Важную роль при всплывании торфяной залежи играет ботанический состав торфа [8-9]. Как отмечалось выше, наиболее активны к всплыванию шейхцериево-сфагновые, фускум, медиум, сфагновые моча-жинные торфа с малой степенью разложения (5-25%). Несколько меньшей активностью к всплыванию обладают эти же виды торфа со степенью разложения 20-25%.

Слабую активность к всплыванию проявляют древесный, пушицевый, хвощевый и некоторые другие виды торфа. Кроме того, на активность всплывания торфа оказывают влияние водные прослойки и линзы разжиженного торфа. Такие участки еще до затопления находятся во всплывшем состоянии.

Большое значение имеет влажность торфа. Разрыв его намечается в горизонтах залежи с резко повышенными значениями влажности - 90-94%.

Болотные массивы в зоне затопления, особенно пойменные болота, изобилуют водными прослойками, иногда большой мощности, имеют зыбунный характер поверхности. На таких болотных массивах всплывание торфа произойдет одновременно с заполнением акватории водохранилища.

Определенное значение для всплывания имеет зольность торфов. Активность к всплыванию торфа снижается при зольности более 23%, а при 35% залежь инертна к всплыванию.

По прогнозу всплывание торфа ожидается на 54 торфяных месторождениях и заболоченных участках почв. Площадь всех районов всплывания (РВ) - 1299 га, что составляет 17% затапливаемой территории, занятой торфяными месторождениями и заболоченными участками. В районах всплывания предполагается поднятие 552 га торфа, что составляет 7% площади торфяных месторождений и заболоченных участков. Объем торфа, прогнозируемого к всплыванию, равен 4461 тыс. м3 при средней мощности слоя торфа в 0,8 м.

Наиболее крупные всплывшие торфяные острова ожидаются на торфяном месторождении в долине р. Ковы, где их мощность нередко будет достигать 1,7-2,0 м, а в отдельных случаях - 2,5 м. Средние значения мощности всплывающего слоя торфа по участкам районов всплывания изменяются от

0,3 до 1,4 м.

Период, в течение которого будет подниматься прогнозируемая к всплыванию площадь торфяников, исчисляется более чем в двадцать лет, включая четыре последних года периода наполнения и 18 лет - периода эксплуатации водохранилища, считая с момента достижения НПУ.

3. Экологический ущерб от затопления гидроморфных экосистем. В течение длительного времени в отношении болот существовали представления как об элементах природной среды, с которыми необходимо бороться, добиваясь их коренного изменения. Однако в последнее время стало очевидным, что болота как компоненты окружающей среды необходимо не только преобразовывать, но сохранять и использовать в естественном состоянии [10].

Можно выделить следующие направления использования болот:

- добыча и комплексное использование торфа;

- использование болот как заказников, создаваемых для охраны мест отдыха или гнездовий перелетных птиц, редких растений и т.д.;

- как защитные зоны, служащие для охраны водоисточников, нерестовых рек, сохранения болотных

озер;

- как богатые ягодники (клюква, черника, морошка), как места произрастания лекарственных растений, кормовых угодий для ряда видов охотничьей фауны.

Болотные экосистемы имеют большое значение для сельского хозяйства как источник торфа и гумуса, и как потенциально плодородные почвы. Из торфа можно получать ценнейшую продукцию: удобрения и стимуляторы роста растений, строительные материалы, красители, сорбенты нефти и тяжелых металлов и др.

К сожалению, очистка ложа водохранилища от торфа невозможна из-за удаленности основных торфяных месторождений от населенных пунктов, отсутствие дорог и инфраструктуры по добыче и переработке торфа.

Учитывая то, что в долине Ангары и ее притоков будут затоплены торфяные месторождения с запасом торфа 86,6 млн м3 [6], экологический и экономический ущерб от создания водохранилища БоГЭС будет существенным.

Поэтому рекомендации по уменьшению экологического ущерба от затопления гидроморфных экосистем могут быть следующими.

Для обеспечения нормальной работы ГЭС рекомендуется:

- перехват дрейфующих всплывших и находящихся в полузатопленном состоянии торфяных островов и отвод их в естественные заливы-отстойники для утилизации;

- для борьбы с дрейфующими островами БоГЭС должна иметь буксирный теплоход, который будет отводить торфяные острова в любую погоду. Необходим также катер с мелкой осадкой, который предназначен для досмотра плавающих торфяных островов в «опасной зоне»;

- разработать меры по обеспечению безопасного судоходства по водохранилищу;

- строительство малобюджетных предприятий для переработки утилизированного торфа в гранулу (пеллету), биодизель, полукокс, сорбенты, торфяной воск и др.

Кроме того, необходимо создать службу экологического мониторинга для обеспечения информацией соответствующих служб Минлесхоза и Минприроды о состоянии болотных экосистем для минимизации отрицательных последствий на окружающую среду.

Основными задачами мониторинга гидроморфных экосистем должны быть: 1) организация регулярных наблюдений за затопленной торфяной залежью, 2) прогноз и оценка всплывания торфа по мере заполнения водохранилища, 3) разработка рекомендаций по утилизации торфяных островов. Система мониторинга организуется на трех уровнях:

- организация наблюдений на участках водохранилища, наиболее опасных для всплывания торфяных залежей;

- организация системы стационаров для глубокого и всестороннего изучения причинно-следственных связей между типом торфяной залежи, видом торфа и процессом всплывания торфяных островов;

- решение поставленных задач предполагает применение дистанционных методов съемки, что позволит осуществлять оперативный контроль за состоянием избыточно увлажненных земель лесного фонда в зоне затопления.

Литература

1. Денисенков, В.П. Изменение некоторых свойств торфа под влиянием периодического затопления водами Рыбинского водохранилища / В.П. Денисенков // Болота и болотные ягодники: тр. Дарвин. гос. запо-вед. - Вып. XV. - Вологда: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1979. - С. 105-110.

2. Бирюков, И.Н. Влияние гидрометеорологических факторов на процесс всплывания торфяной залежи в водохранилищах / И.Н. Бирюков, Е.Ф. Тарунина // Природа болот и методы их исследований. - Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1967. - С. 230-232.

3. Молкин, Г.С. О всплывании торфа на Верхнесвирском водохранилище / Г.С. Молкин // Болота и болотные ягодники: тр. Дарвин. гос. заповед. - Вып. XV. - Вологда: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1979. - С. 111-117.

4. Всплывание торфа в водохранилищах: науч. докл. на высшей школе / И.Н. Бирюков [и др.] // Биологические науки. - 1976. - № 3. - С. 94-98.

5. Бажин, Н.М. Метан в атмосфере / Н.М. Бажин // Соросовский образовательный журн. - 2000.- № 3. -Т. 6. - С. 52-57.

6. Уточненный прогноз всплывания торфа в Богучанском водохранилище: отч.: в 2 кн. Кн 1. - Горький, 1984. - 41 с.

7. Прейс, А.А. Всплывание торфа на Хантайском водохранилище в первые годы его существования / А.А. Прейс // Болота и болотные ягодники: тр. Дарвин. гос. заповед. - Вологда: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1979. - Вып. XV. - С. 118-124.

8. Бирюков, И.Н. Роль ботанического состава и степени разложения торфяной залежи в процессах всплывания ее в водохранилищах / И.Н. Бирюков, Е.Ф. Тарунина // Природа болот и методы их исследований.

- Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1967. - С. 237-239.

9. Иванов, В.Н. Особенности классификации торфяных залежей и растительных группировок болот при прогнозировании всплывания торфа на затопленных торфяных массивах при создании водохранилищ / В.Н. Иванов, Г.С. Молкин // Типы болот СССР и принципы их классификации. - Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1974. - С. 205-209.

10. Пьявченко, Н.И. Торфяные болота, их природное и хозяйственное значение / Н.И. Пьявченко. - М.: Наука, 1985. - 152 с.