Прошедшее десятилетие ознаменовалось для агломерации города-курорта Сочи осуществлением крупномасштабного строительства – созданием функциональных сооружений и объектов инфраструктуры для проведения Зимних Олимпийских игр 2014 года, а также трех новых горнолыжных курортов: «Роза Хутор», «Красная Поляна», «Газпром». Основные объекты капитального строительства располагались в бассейне реки Мзымта и ее притоков (Адлерский район города-курорта Сочи).
Последствия массированной строительной деятельности [1], освоения природных территорий в долинах рек с уничтожением природных лесных массивов [2], неадекватные практики утилизации промышленных и бытовых отходов и землепользования, разработки грунтов в руслах рек, активизации опасных геологических процессов являются весомыми факторами загрязнения водотоков и прибрежной полосы моря.
Принципы интегрального управления водными ресурсами (ИУВР) взяты в качестве методологической платформы данного исследования в силу того, что ИУВР определяется как «процесс, который способствует скоординированному развитию и управлению водными, земельными и связанными с ними ресурсами с целью максимизации результирующего экономического и социального благосостояния на справедливой основе без ущерба для устойчивости жизненно важных экосистем» [3], что особенно актуально на исследуемой территории. В то же время анализ результатов исследований, проектов и программ в области ИУВР, осуществлявшихся в нашей стране и за рубежом, показал, что вопросу влияния геологических процессов, в том числе опасных, происходящих в бассейне водотока, на состояние гидробиоценозов, условия водопользования и интересы водопользователей отдельного внимания не уделялось [4, 5]. Актуальность разрабатываемой методики заключается в том, что она предназначена для использования лицами, принимающими решение в сфере управления природопользованием и охраной окружающей природной среды и не являющимися специалистами в области наук о Земле, с акцентом на использование возможностей, предоставляемых цифровизацией экономики, в том числе проектом Минстроя РФ «Умный город».
Цель исследования – учесть влияние геологических процессов бассейнов рек в интегрированном управлении водными ресурсами с помощью алгоритма идентификации и анализа основных геологических процессов бассейна водотока, оказывающих значимое воздействие на состояние воды и развитие биогеоценозов реки. Это исследование представляет собой второй этап формирования инструмента ИУВР – научно обоснованной методики оперативной интерпретации данных мониторинга состояния реки, основанного на интегральных индикаторах динамики естественных биологических сообществ водоемов и методах управления качеством [6].
Материалы и методы исследования
В качестве объекта исследования была выбрана река Мзымта, поскольку по этому объекту уже накоплено достаточно большое количество информации, которая может быть использована для анализа. Кроме того, строительство олимпийских объектов в долине р. Мзымты является очень характерным пример интенсивного антропогенного воздействия на водные системы. Начиная с 2000-х гг. авторами проводились исследования природных процессов, развивающихся в долине р. Мзымты, в том числе в ходе комплексных геологических и геоэкологических изысканий Северо-Кавказского геоэкологического центра ГУП «Кубаньгеология» за период с 2000 по 2005 г., проводившихся под руководством одного из авторов статьи Н.К. Гудковой. Начиная с 2015 г. авторами проводились исследования природных процессов, развивающихся в долине р. Мзымты, а также характера природопользования в зоне ее водостока как пример комплексного, мультифакторного воздействия техногенеза на реку и качество водных ресурсов в период масштабного олимпийского строительства и экспансии туристической индустрии на ранее малонарушенные природные территории. Кроме этого, для анализа были привлечены материалы, касающиеся мониторинга геоэкологического состояния Черноморского побережья Кавказа за период с 2005 по 2020 г. [7–9]. В 2019 г. было проведено рекогносцировочное обследование территории. На основе обобщения и анализа всей совокупности собранных данных методом экспертной оценки была проведена идентификация наиболее значимых геологических факторов негативного влияния на водные экосистемы. Для определения комплексного воздействия выявленных геологических и техногенных факторов на гидробиоценозы были применены методы биоиндикации и биотестирования.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате проведенного анализа были идентифицированы три группы геологических факторов, потенциально оказывающих наиболее негативное воздействие на биотопы р. Мзымты (таблица).
Геологические факторы негативного влияния и его последствия для водных экосистем
|
Факторы |
Последствия для водных экосистем |
|
Экзогенные геологические процессы |
Увеличение мутности вод за счет взвешенных веществ, заиление донного субстрата, увеличение концентраций загрязнителей в воде, аккумуляция токсикантов и биогенов в донных осадках |
|
Геохимические аномалии |
Загрязнение воды и донных осадков растворенными в воде примесями |
|
Техногенез |
Взвешенные вещества, заиление дна, загрязнение воды и донных осадков растворенными в воде примесями |
Экзогенные геологические процессы. Эрозия наиболее активно проявляется в низовьях реки, где боковая эрозия захватывает высокую пойму и первую надпойменную террасу. В последнее время для горной части исследуемой территории был выявлен рост оползневой и селевой активности, что связано со строительными работами на склонах реки, сопровождающимися рубкой деревьев, подрезкой склонов и, как следствие, активизацией опасных склоновых процессов [2]. Кроме того, эти процессы участвуют в переносе химических веществ и тем самым в расширении загрязнения водных экосистем.
Геохимические аномалии. Долина р. Мзымты расположена в зоне, характеризующейся наличием в горных породах геохимических аномалий – участков с повышенным содержанием ртути, меди, свинца, цинка, хрома, марганца и др. Во время строительства новых объектов и сооружения дорог склоны подрезаются на глубину 3–5 м, в зависимости от уклона рельефа, что ведет к активизации обвально-осыпных и оползневых процессов и переносу загрязняющих веществ в русло реки.
Техногенез, включающий всю совокупность техногенной деятельности, усиливает потоки химических элементов и соединений, которые вносят дисбаланс в процессы водных экосистем. В дополнение к тому, что техногенез обуславливает химическое и физическое загрязнение водного объекта, он часто приводит к дестабилизации водных экосистем, нарушая механизмы их саморегуляции, изменяя скорость протекания геологических и геохимических процессов.
Для оценки нагрузки на водоем необходим интегральный подход, позволяющий определить влияние загрязнителей на биоту [10, 11]. В наших предыдущих работах отражена динамика деградации водотока р. Мзымты от верхнего течения к устью [12]. Результаты исследований указывают на то, что воздействие фактора геохимической аномалии на показатели токсичности воды усиливается в присутствии другого фактора – наличия повышенного содержания взвешенных веществ, вызванного как экзогенными геологическими процессами, так и техногенезом [13, 14].
Группа техногенных факторов, появляющихся в связи с хозяйственной деятельностью человека, находится во взаимодействии с геологическими факторами, часто интенсифицирует их. Кроме того, последствия, вызванные геологическими факторами, в природном водоеме обычно проявляются в комплексе, синергично влияя друг на друга. В дополнение к тому, что техногенез вызывает химическое и физическое загрязнение водного объекта несравнимо в большей степени, чем природные причины, он часто является причиной изменения условий развития биоценозов в относительно короткое время, а также изменения прибрежных биологических сообществ, тесно связанных с гидробиоценозами, температуры воды и направления потока.
В результате был сделан вывод о том, что механизм управления водопользованием должен совершенствоваться с учетом негативного воздействия геологических процессов на водные экосистемы [15]. Исследование данного процесса рекомендуется проводить по следующему алгоритму действий.
1. Сбор архивных, фондовых и опубликованных материалов геологических, геохимических и геофизических изысканий и других доступных данных о результатах мониторинга окружающей среды исследуемого бассейна природного водотока за период 15–20 лет.
2. Рекогносцировочное обследование исследуемого бассейна реки с использованием топографической основы в масштабе 1:25 000 или 1:10 000.
3. Обобщение и анализ всех собранных материалов и результатов рекогносцировочного обследования бассейна природного водотока.
4. Идентификация факторов негативного влияния на экосистемы исследуемого водотока, связанных с геологическими процессами, аномалиями и техногенезом.
5. Оценка степени и характера негативного влияния выявленных групп факторов на экосистемы реки с использованием интегральных методов биологического анализа.
6. Создание матрицы в форме таблицы, содержащей геологическую, геохимическую и экологическую информацию, а также сведения о последствиях негативного влияния трех групп факторов на водные экосистемы.
7. Создание на основе полученных данных векторного слоя «Геологические процессы» в территориальной геоинформационной системе. Рекомендуется детализировать представление информации об объектах слоя (выявленных опасных геологических процессах и явлениях) с целью отображения синергизма воздействия на гидробиоценозы различных геологических факторов. Для удобства различных групп пользователей рекомендуется обобщение и представление полученной информации в виде схем, содержащих три цвета: красный – территории, где выявлено активное действие всех трех групп факторов, желтый – выявлено активное действие двух групп факторов, зеленый – выявлено активное действие только одной группы факторов.
На основании проанализированного в работе материала разработана схема, описывающая последствия воздействия основных геологических факторов на экосистемы реки, реакции биологических сообществ на измененные условия обитания, а также представляющая наиболее эффективные комплексные подходы и методы контроля экологического состояния водного объекта, учитывая, что физико-химические методы позволяют оценить характеристики воды/грунта/седиментов в конкретный момент времени, но не дают представления о процессах, протекающих в гидробиоценозах, как реакциях на изменения среды обитания (рисунок). Схема определяет геологические факторы как первичные, так как именно они, как правило, определяют дальнейшие цепи взаимосвязей процессов, происходящих в естественном водотоке и зоне его бассейна, ими определяется естественный химический состав воды и ее изначальные физические свойства. Геологические параметры служат своего рода фундаментом для формирования любого естественного геобиотопа. Так как ответные реакции на изменения условий существования биотопа чрезвычайно комплексны, то, чтобы понять динамику в структуре и функционировании биологических сообществ, необходимо применение ряда интегральных биоиндикаторных подходов – наиболее информативные и целесообразные для применения в условиях горных рек теплого влажного климата приведены на рисунке.
Схема процесса воздействия основных геологических факторов на экосистемы реки и формирования реакции биологических сообществ на измененные условия обитания с указанием методов контроля экологического состояния водного объекта (составлена авторами)
Набор биологических методов включает в себя как собственно биоиндикаторные, определяющие характеристики видового богатства, устойчивости сообщества и его толерантности к эвтрофикации, так и методы биотестирования среды с использованием в качестве тест-объектов организмов различных экологических групп.
Заключение
Долина реки Мзымты как объект исследования характеризуется интенсивным развитием экзогенных геологических процессов, наличием локальных геохимических аномалий техногенного и природного генеза и высокой техногенной нагрузкой, связанной в первую очередь с капитальным расширением туристской деятельности в бассейнах рек.
Выявлено, что негативное воздействие геологических процессов заключается в повышении концентраций в реке взвешенных веществ, токсикантов и биогенов, а также в пролонгации их действия в водных системах и аккумуляции в донных субстратах, что служит причиной негативных реакций гидробионтов как на организменном уровне, так и на уровне необратимых последствий для гидробиоценозов реки при повторяющихся или постоянных воздействиях.
На основании проанализированного в работе материала разработан алгоритм исследований по выявлению негативного влияния геологических процессов на экосистемы рек и схема, описывающая последствия воздействия основных геологических факторов на реки, а также представляющая наиболее эффективные комплексные подходы и методы контроля состояния водного объекта.
Результаты данного междисциплинарного исследования могут стать основой совершенствования системы информационного обеспечения для принятия управленческих решений в сфере природопользования и охраны окружающей среды, эффективность которых зависит от понимания направлений, механизмов и последствий реакции природы на усиливающееся антропогенное воздействие.