Экологический мониторинг антропогенно нагруженных водных экосистем

параметры (среди которых выбраны основные), а также параметры, количественно и качественно характеризующие присутствие в экосистеме загрязнителей. При работе АЭС в ПТС «АЭС - водоем-охладитель» образуется экологический мониторинг (его цели, задачи определены в другом нашем докладе на Конференции). Сравнение результатов предисследований и результатов экологического мониторинга позволяет оценить изменение состояния экосистемы водоема. Показана возможность управлять состоянием экосистемы.

Программу и концепцию экологического мониторинга целесообразно распространить на ПТС «ТЭС - окружающая среда».

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ АНТРОПОГЕННО НАГРУЖЕННЫХ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Ю.А. Егоров, А.Л. Суздалева

The methods of organization of ecological monitoring of cooling-ponds of nuclear power station are discussed. The problem of anthropogenic load pollution of a water environment is considered.

Система «АЭС - водоем-охладитель» - это сложная природнотехногенная система (ПТС), которая, кроме радиационных, подвергается тепловым, химическим и «урбанизационным» воздействиям, связанным со строительством и эксплуатацией АЭС. Обобщение и анализ результатов исследований состояния такой системы представляют большой научный и практический интерес, особенно в свете обеспечения ее экологической безопасности для общества, т.е. такого функционирования этой IITC, которое не угрожает отрицательными последствиями ни людям (водопользователям), ни гидроценозу водоема-охладителя, ни экосистемам на его прибрежье. Назначение экологического мониторинга - получение информации для оценки презентивного и ожидаемого состояния мониторируемой ПТС, т.е. оценки соответствия ее состояния «на сегодня» и в будущем (Егоров, Суздалева,

1999).

По результатам исследований АЭС России (а также Украины и Литвы) как источников радиоактивного загрязнения водоемов-охладителей можно заключить, что активность всех радиоактивных поступлений в экосистему водоема за год нормальной работы АЭС не превышает нескольких десятков (максимум сотни)» 109 Бк. Так как объем водоема-охладителя обычно не меньше (10" - 10п) л, то такая активность не может заметно изменить объемную активность воды в водоеме и радиационное состояние экосистемы водоема: объемная активность воды увеличится не более, чем на 0,1 Бк/л. По тем же результатам можно заключить, что поступающая с АЭС в экосистему водоема-охладителя активность за год работы станции не превышает актив-

13

ность, привносимую в этот же водоем из источников глобального загрязнения атмосферы, а некоторые АЭС (например, Смоленская и Игналинская) сбрасывают в водоемы-охладители активность меньшую, чем поступает из источников глобального загрязнения. Практически активность, сбрасываемую в водоем-охладитель с АЭС, можно оценить как незначимую (Егоров,

2000).

Поступившие в воду водоема-охладителя радионуклиды подхватываются водным потоком, образующимся вследствие постоянного сброса вод из системы охлаждения АЭС, и весьма быстро распределяются в основной водной массе водоема-охладителя равномерно или, во всяком случае, достаточно равномерно. Радионуклиды недолго задерживаются в воде. Большая часть из них поступает в донные отложения. Постоянная, характеризующая этот процесс в водоемах-охладителях средней полосы России, для разных радионуклидов и разных водоемов меняется примерно от О.ОЗсут'1 до 0,75сут", т.е. вода водоема-охладителя самоочищается наполовину примерно за 1-15 суток или даже быстрее. Например, для “Со эта величина определена равной 1,2-3,5 суток. Можно отметить, что примерно с такой же постоянной происходил процесс самоочищения воды водоема-охладителя Чернобыльской АЭС в 1986 г. после аварии (Егоров, Леонов, 1994). Однако в результате биологических процессов часть радионуклидов из воды и донных отложений переходит в водную растительность и организмы других гидробионтов экосистемы во-доема-охладителя. При разложении этих организмов какая-то часть радионуклидов вновь возвращается в водную толщу. Таким образом, пути перехода радионуклидов между различными компонентами водной экосистемы должны являться важной составной частью экологического мониторинга водоемов-охладителей.

Напряженность взаимоотношений человек-окружающая среда в регионах АЭС не исчерпывается только вопросами радиационного загрязнения. Функционирование АЭС всегда сопровождается и химическим загрязнением водной среды. В связи с этим анализ данного аспекта антропогенной нагрузки также является важной составляющей экологического мониторинга водоемов-охладителей. В систему АЭС входит большое количество различных производственных и бытовых объектов, значительная часть загрязнителей с которых в конечном счете попадает в водоем-охладитель путем поверхностного смыва или непосредственного сброса сточных вод. Кроме того, строительство АЭС приводит к урбанизации региона и увеличения в нем народонаселения, что также влечет за собой загрязнение окружающей среды. Следует отметить, что берега всех водоемов-охладителей России в той или иной мере используются в рекреационных целях. Несмотря на это большинство водоемов-охладителей АЭС относится к группе бета-мезосапробных водоемов. Иначе говоря, по загрязненности водной среды бытовыми и промышленными стоками водоемы-охладители не выделяются среди обычных водоемов средней полосы России.

Практически во всех случаях АЭС не является единственным источником химического загрязнения водной среды. На берегах водоемов-

14

охладителей всегда существуют различные производственные, бытовые и сельскохозяйственные объекты, не связанные с АЭС. Кроме того, значительная часть химических загрязнителей может поступать в эти водоемы с аллох-тонными водами из источников водоснабжения. Достаточно часто речная вода, используемая для компенсации потерь за счет испарения и фильтрации, более загрязнена, чем основная масса вод водоема-охладителя.

Главная особенность распределения агентов химического загрязнения в водоемах-охладителях (как и в случае с радиационным загрязнением) заключается в том, что загрязняющие вещества, попадая в циркуляционное течение воды, обусловленное сбросом из системы охлаждения АЭС, достаточно равномерно распределяются по водоему-охладителю. В определенной мере это затрудняет установления источников загрязнения и оценку их интенсивности. Если в естественных водоемах около источника загрязнения, как правило, образуется "шлейф загрязнения", то при оборотной системе водоснабжения АЭС, загрязнитель может равномерно распределяться по всей массе вод циркуляционного течения, С другой стороны, в водосмах-охладителях всегда существуют участки акватории, воды которых в меньшей степени используются для водоснабжения АЭС или почти совсем не используются. Как показывает опыт многолетних исследований, в этих участках содержание загрязнителей и характер их распределения могут быть принципиально иными.

Таким образом, при проведении мониторинга химического загрязнения водоемов-охладителей АЭС необходимо обращать внимание на следующие моменты. Во-первых, мониторинг должен включать следующие группы потенциальных объектов загрязнения: 1 производственные и бытовые службы АЭС; 2)другие производственные объекты, расположенные в водосборном бассейне водоема-охладителя; 3)жилые массивы; ^сельскохозяйственные объекты; 5)транспортные коммуникации. Во-вторых, анализ химического загрязнения водоемов охладителей должен проводиться с учетом специфики их гидрологической структуры. В связи с этим постоянный отбор проб необходимо проводить не только непосредственно в районе сброса АЭС и из источников подпитки, но и на участках, которые непосредственно не затрагиваются циркуляционным течением.

Использование водоемов для охлаждения АЭС сопровождается и изменением их температурного режима. В некоторых водоемах-охладителях повышение температуры воды привело к сокращению численности холодолюбивых форм водных организмов и смене доминантов в водных биоценозах. В ряде случаев произошло вселение организмов, обитающих в более южных районах. Например, в Десногорское водохранилище, являющееся водоемом-охладителем Смоленской АЭС, вселилось субтропическое водное растение -валлиснерия спиральная. Этот вид, размножившись в обогреваемой зоне водохранилища, в значительной мере вытеснил ранее существовавшие там виды водной растительности.

Как правило, подогретые воды, сбрасываемые из системы охлаждения АЭС, распространяются в пределах поверхностного слоя водоемов. В результате этого продолжительность периода стратификации на части акватории

15

может существенно увеличиться. Для обозначения этого явления ранее был предложен термин "термотехногенная стратификация" (Суздалева, Безносов, 1999). Эти явления также могут вызвать изменение в водных сообществах. Например, в водоеме-охладителе Смоленской АЭС в результате искусственно удлинения периода летней стратификации наблюдаются изменения в составе донных организмов и планктона нижней части водной толщи. Экологические последствия, обусловленные термотехногенной стратификацией, в целом также следует рассматривать как отклик водной экосистемы на тепловое загрязнение водной среды и их исследование должно проводиться с учетом этого вида антропогенного воздействия.

Важной составной частью экологического мониторинга является исследование изменений в составе биоты. Как уже указывалось ранее, с одной стороны, сброс подогретых вод в ряде случаев приводит к сокращению численности холодолюбивых форм, а с другой - может вызвать появление видов ранее в водоеме не встречавшихся. Но вселение новых видов может быть обусловлено не только изменением естественного температурного режима. Интенсификация хозяйственного использования водоема, которым сопровождается превращение его в водоем-охладитель, может способствовать проникновению в него двустворчатого моллюска дрейссены. В частности, это происходит при использовании гидротехники, переброшенной из других водоемов. В некоторых водоемах-охладителях, например, в оз. Удомля, являющимся водоемом-охладителем Калининской АЭС, распространение дрейссены привело к уничтожению ранее существовавших донных сообществ.

Однако, несмотря на то, что превращение природного водоема в водоем-охладитель сопровождается некоторыми изменениями в составе его биоценозов, данных о каких-либо катастрофических изменениях в биоте водоемов-охладителей в настоящее время нет. Вместе с тем, контроль за биоразнообразием водных экосистем водоемов-охладителей, как и других антропогенно нагруженных экосистем крайне необходим. Как показал опыт работы в регионах различных АЭС, адекватная оценка биотических изменений в водоемах-охладителях возможна только при учете их специфики и, прежде всего, специфики их гидрологической структуры. Если сброс подогретых вод из системы охлаждения АЭС приводит к более равномерному пространственному распределению попадающих в водоем веществ, в том числе радионуклидов и химических загрязнителей, то этот же фактор вызывает увеличение гетерогенности в распределении населяющих этот водоем живых организмов. Это связано в первую очередь с тем, что живой организм, попадая в те или иные условия, в отличие от химического компонента водной среды может погибнуть или, наоборот, если эти условия для него благоприятны, он может размножиться. Другим важным отличием живых и неживых компонентов водной среды является продолжительность их существования, что также влияет на характер их пространственного распределения. Кроме того, жизнь большинства водных организмов 01раничена по времени какой-то конкретной фенологической фазой. Наконец, само по себе течение воды отрицательно влияет на ряд живых форм и, в связи с этим, не может способст-

16

вовать их более равномерному пространственному распределению, а напротив, делает его более неравномерным.

Как показал опыт работы на различных водоемах-охладителях АЭС, их гидрологическая структура весьма специфична и слагается из нескольких водных масс (Суздалева, 1998). Только исследование населения всех водных масс водоема-охладителя может дать адекватную оценку его экологического состояния.

Следует остановиться еще на одном немаловажном аспекте экологического мониторинга водоемов-охладителей АЭС. Одним из критериев при оценке санитарно-экологического состояния водоемов являются такие микробиологические параметры как общая численность бактериопланктона, численность гетеротрофных бактерий и количество бактерий группы кишечной палочки. Как правило, значение этих параметров на участках сброса подогретых вод резко увеличивается и находится на уровне, характерном для акваторий, сильно загрязненных бытовыми стоками. Это почти всегда не соответствует уровню загрязнения водной среды, определенному по гидрохимическим показателям. Подобное увеличение численности бактериальных микроорганизмов обусловлено так называемым "вторичным ростом". Это явление заключается в том, что бактерии, не развивающиеся в природных водоемах, находят благоприятные условия для своего развития при повышенной температуре в местах сброса подогретых вод. Как показали результаты исследований, значительная часть этих микроорганизмов размножается не в воде, а в биообрастаниях, формирующихся на внутренней поверхности агрегатов системы охлаждения, и с током воды выносятся оттуда в акваторию водоема-охладителя. Таким образом, использование микробиологических методов в экологическом мониторинге водоемов-охладителей АЭС также возможно только при учете их специфики,

На основании изложенного выше можно сделать следующее заключение. В настоящее время в экосистемах водоемов-охладителей действующих российских АЭС не наблюдается каких-либо значительных неблагоприятных изменений, несмотря на то, что эти экосистемы подвергаются разнообразным антропогенным воздействиям. Водоемы-охладители АЭС являются составной частью сложных природно-техногенных систем, в связи с чем проведение экологического мониторинга на этих водных объектах должно быть обязательным и носить комплексный характер, учитывающий все специфические особенности этих антропогенно нагруженной систем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Егоров Ю.А., Суздалева А.Л. Экологический мониторинг - основа обеспечения экологической безопасности человеческой деятельности для общества на примере экологического мониторинга в регионах АЭС. // Региональная экология, 1999, № 3. С. 17-22.

2. Егоров Ю.А. Концепция экологической безопасности атомных электростанций // Экология и ядерная энергетика, 2000, вып. 1. С. 15-20.

17

3. Егоров Ю.А., Леонов С.В. Миграция радионуклидов аварийного выброса в экосистеме водоема-охладителя Чернобыльской АЭС в послеаварий-ный период. // Экология регионов атомных станций. Вып.1 - М.: ЯО СССР, 1994. С.89-104.

4. Суздалева А.Л. Унифицированная методика исследования экологического состояния водоема-охладителя АЭС. // Экология и развитие северо-запада России. Тез. докл. 3-й международн. конф. Спб.: 1998. С.280-281.

5. Суздалева А.Л., Безносов В.Н. Экологические последствия изменения режима стратификации озера Удомля (водоема-охладителя Калининской АЭС). //Пробл. региональной геоэкологии. Тверь: Изд. Тверск. гос. унта, 1999. С.46-47.

О НОВОЙ КОНЦЕПЦИИ И МЕТОДОЛОГИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

B.C. Николаевский

The industrial pollution of an environment now on the Earth exceeds a safe load in 5-6 times. The modem methodology of ecological monitoring based on the control in separate background points of the various countries, is obsolete and consequently is not always effective.

By us are developed and proved: scientific bases of quality of air, system of methods of indication of pollution of an environment and condition of ground ecological systems new concept both methodology of ecological monitoring and protection of a nature. Three new postulates of ecology and monitoring are formulated.

Ухудшение экологической ситуации на Земле в целом и во многих промышленных странах стало неоспоримым фактом [4,6] уже во второй половине XX века. Это способствовало пересмотру старых концепций организации контроля за природной средой, охраны природы и поиску новых эффективных методов оценки загрязнения среды и состояния биоты на всех уровнях ее организации, разработке новых экологических нормативов допустимых антропогенных воздействий на природные системы.

В значительной мере на основе достижений современной экологии утвердилось мнение [4,2], что изучение любых нарушений в природе должно вестись только с помощью методов дем- и синэкологии. Вместе с тем в коммунальной гигиене качество воздуха и воды до сих пор нормируется на осно-

18