Влияние функционирования судоходных каналов на экосистему Таганрогского залива тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат географических наук Латун, Владимир Владимирович

• Латун, Владимир Владимирович
• кандидат географических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат географических наук Латун, Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СУДОХОДНЫЕ КАНАЛЫ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭКОСИСТЕМУ ТАГАНРОГСКОГО ЗАЛИВА (ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ, СОСТОЯНИЕ ЕЁ ИЗУЧЕННОСТИ).

1.1 Распространение и назначение каналов.

1.2 Заносимость и проблема ремонтного дноуглубления.

1.3 Дампинг и его экологические последствия.

1.4 Основные характеристики и режим эксплуатации Таганрогского подходного канала.

1.4.1 Общие сведения о Таганрогском портовом комплексе. ф 1.4.2 Эксплуатационные характеристики канала.

1.4.3 Заносимость канала и дноуглубительные работы.

1.4.4 Подводные отвалы грунта.

1.5 Современное состояние изученности влияния судоходных каналов на экосистемы.

ГЛАВА 2. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ УСЛОВИЯ СУДОХОДСТВА В РАЙОНЕ ТАГАНРОГСКОГО ПОДХОДНОГО КАНАЛА.

2.1. Геоморфологические условия побережья и подводного склона, рельеф дна.

2.2. Литология донных отложений.

2.3. Погодно-климатическая характеристика.

2.3.1 Циркуляционные факторы климата.

2.3.2 Ветровой режим.

2.4. Гидродинамические условия.

2.4.1 Волнение.

2.4.2 Колебания уровня.

2.4.3 Течения.

2.5 Экологическое состояние бассейна.

2.5.1 Соединения тяжелых металлов.

2.5.2 Нефтепродукты в воде и осадках района.

2.5.3 Состояние водных биоценозов и оценка экологической обстановки.

ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИТУАЦИЯ НА ТАГАНРОГСКОМ ПОДХОДНОМ ф КАНАЛЕ И МОНИТОРИНГ ЕГО РЕМОНТНОГО ДНОУГЛУБЛЕНИЯ.

3.1. Характеристика донных отложений, накапливающихся в прорези канала.

3.2 Современное состояние свалки №956.

3.3 Мониторинг состояния природного комплекса в процессе эксплуатации каналов 2000-04 гг.

3.3.1 Программа мониторинга дноуглубления и дампинга на ТПК.

3.3.2 Данные мониторинга 2000 г.

3.3.3 Данные мониторинга 2001 г.

3.3.4 Данные мониторинга 2002 г.

3.3.5 Данные мониторинга 2003 г.

3.3.6 Данные мониторинга 2004 г.

3.3.7 Выводы по результатам мониторинга за пять лет.

ГЛАВА 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОХОДНЫХ КАНАЛОВ И

ВАРИАНТЫ ИХ ОПТИМАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ.

4.1. Загрязнение при разработке грунтов в прорези канала.

4.2 Определение мест расположения отвалов, их морфологии и параметров.

4.3 Дноуглубление и дампинг на мелководьях и особенности мониторинга.

4.4 Изменения ветровой ситуации и литодинамические последствия.

4.5 Береговые отвалы как альтернативные варианты складирования грунтов: мнимые преимущества и реальные возможности.

4.6 Особенности заносимое™ и дноуглубления, а также "происхождения" загрязнения грунтов в зависимости от морфологического типа канала.

4.7. Об экологических последствиях дноуглубления и дампинга при строительстве новых каналов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние функционирования судоходных каналов на экосистему Таганрогского залива»

Выдающийся глобальный феномен современного расселения человечества - его концентрация на побережьях - сопровождается увеличением техногенного стресса на прибрежные экосистемы, многочисленными, зачастую конфликтными экологическими ситуациями. В их числе ряд проблем, связанных с эксплуатацией искусственных судоходных каналов, сооружение которых обусловлено увеличением судоходства на прибрежных мелководьях. Кроме неизбежного экологического ущерба, наносимого экосистемам побережий, возникают противоречия во взаимоотношениях судоходства и береговых селитебных объектов, рыбохозяйственной, рекреационной и других отраслей. Современное экологическое управление прибрежными зонами построено, в основном, на ограничениях деятельности природопользователей. Эта концепция уже сейчас малоэффективна и противоречит естественной тенденции развития прибрежных природно-социальных комплексов. Реальной основой для разработки альтернативного экологического подхода к управлению прибрежными зонами является всестороннее исследование природных и техногенных процессов, сопровождающих хозяйственную деятельность, в том числе и судоходство на морских каналах.

Данная работа посвящена изучению влияния таких крупных гидротехнических объектов как судоходные каналы на экосистему Таганрогского залива. Исследование проводится на примере одного из них -Таганрогского подходного канала, пересекающего Таганрогское взморье и обеспечивающего морские подходы к Таганрогскому портовому комплексу.

Актуальность работы. Актуальность проблемы обусловлена постоянно возрастающей интенсивностью судоходства на мелководьях, ожидаемым в ближайшей перспективе его усилением в Азовоморском бассейне, и, с другой стороны, напряженной экологической ситуацией в его акватории. Кроме того, необходимость исследования данной проблемы определяется возрастающей напряженностью во взаимоотношениях 3 судоходства с другими отраслями хозяйства, развивающимися в береговой зоне. Эти мотивы определяют необходимость комплексного изучения взаимовлияния компонентов природной среды и судоходства с целью выявления экологически оптимального их соотношения. Очевидна прикладная значимость такого рода работ, предоставляющих информацию, позволяющих разработать конкретные рекомендации по минимизации негативного воздействия судоходства на прибрежные экосистемы. Результаты разработки данной проблемы являются важнейшим основанием для разрешения конфликтов во взаимоотношениях судоходства с другими отраслями хозяйства.

Объект исследования. На акватории Таганрогского залива ныне действуют три судоходных канала - Таганрогский, Азово-Донской и Ейский. Среди них подходной канал г. Таганрог - самый протяженный и наиболее сложный по морфологии. Он также самый «старый» и длительное время эксплуатируемый. Планируемое в ближайшем будущем строительство нового третьего (по проекту - первого) колена сделает его самым крупным и экологически значимым объектом судоходного комплекса залива. И в инженерном, и в природно-экологическом отношении это типовой канал для данной акватории. На протяжении длительного времени (более 30 лет) Ростовским госуниверситетом выполняются работы по природно-экологическому обеспечению деятельности Таганрогского портово-судоходного комплекса - обоснования реконструкций порта и подходного канала, оценки их воздействия на экосистему, определения реального экологического ущерба от их деятельности, регулярный экологический мониторинг влияния эксплуатации канала на экосистему залива. В процессе этих исследований накоплен обширный и уникальный фактический материал по обозначенной теме. Таким образом, Таганрогский морской канал является вполне репрезентативным объектом для исследования проблемы экологического влияния морских каналов, что определило его выбор в качестве объекта исследования.

Цель и задачи работы. Целью данного исследования является выявление взаимовлияния и оптимальных соотношений условий эксплуатации каналов с учетом экологически значимых природных и техногенных факторов, таких как:

• структурно-геоморфологические особенности бассейна, определяющие его морфологию: контуры бассейна, рельеф дна, наличие естественных положительных и отрицательных форм, влияющих на гидро- и лито динамику;

• литология отложений, слагающих верхнюю часть разреза, определяющих параметры судоходных прорезей, объёмы и технико-технологические условия разработки грунтов, а также условия их захоронения, как при строительстве, так и при ремонтном углублении каналов;

• литология, литодинамика и геохимия "современных" донных отложений - поверхностного слоя осадков на дне акватории, в том числе и в каналах, формирующихся в настоящее время, перемываемых и переотлагаемых современными гидродинамическими процессами, участвующих в процессе заносимости каналов, разрабатываемых при ремонтных дноуглублениях и дампинге;

• гидрометеоусловия бассейна, прежде всего - ветровые ситуации, определяющие наибольшие колебания уровня и течения. Течения, в свою очередь, влияют на размыв и перемещение донных отложений в каналах и на грунтовых свалках, определяя их параметры, морфологию, расположение. Особенности метеоусловий как факторы, определяющие экологически оптимальные календарные графики эксплуатации и ремонта каналов;

• существующая экологическая обстановка в бассейне - загрязнение воды и донных отложений, состояние биотических сообществ как факторы, определяющие допустимый уровень техногенного воздействия судоходства на экосистему бассейна;

• техногенные параметры - используемые технические средства и технологии строительства, ремонтного обслуживания и эксплуатации каналов, сезонные графики гидротехнических работ, с точки зрения влияния на основные компоненты экосистемы бассейна;

Поставленная цель определила решение основных задач исследования:

• постановка и определение путей решения проблемы оптимальных экологических условий сооружения и эксплуатации судоходных каналов;

• определение условий рационального взаиморасположения прорезей каналов и подводных отвалов грунта на основе моделей разноса;

• постановка и обсуждение причин повышенного загрязнения донных отложений, накапливающихся в канале;

• выявление особенностей экологических последствий гидротехнических работ при строительстве новых каналов в сравнении с ремонтным дноуглублением;

Материалы и методы. В основу диссертации положены материалы природно-экологического обоснования подводной свалки грунта Таганрогского подходного канала № 956, выполненного в 2000 г, результаты мониторинга дноуглубления и дампинга на ТПК в течение 2000-2004 гг, в которых автор принимал непосредственное участие. В соответствии с действующими нормативами и ежегодной программой, мониторинг включал 15 повторных ежесезонных съемок (весенняя, летняя и осенняя) на 6 станциях в обрамлении свалки, включающих комплексное исследование загрязнения воды и донных отложений, состава и биопродуктивности фито- и зоопланктона (всего более 180 проб воды, 210 - донных отложений, 90 - фитопланктона, 90 -зоопланктона). Кроме того, в работе использованы фондовые данные Ростовского госуниверситета, Таганрогского морского порта, а также АзНИИРХ, Северо-Кавказского управления гидрометеослужбы и других научных и производственных организаций.

Личный вклад автора. В течение 2000-2004 гг. автор принимал непосредственное участие в полевых и камеральных исследованиях по природно-экологическому обоснованию и ОВОС свалки №956 (2000 г.), по программе мониторинга дноуглубления и дампинга Таганрогского подходного канала (с 2003 г. - ответственный исполнитель работ). На основе результатов натурных наблюдений, а также анализа многолетних фондовых материалов при участии автора рассмотрен ряд сложных экологических проблем, связанных с эксплуатацией Таганрогского подходного канала и являющихся также типовыми для судоходства на каналах. В их числе проблемы берегового дампинга грунтов, периодической аномальной заносимости канала, происхождения загрязнения накапливающихся в канале грунтов. Полученные результаты использовались при ежегодном обосновании дноуглубления и дампинга на подходном канале г. Таганрога, в процессе научного обоснования новых контуров свалки грунта, рекомендациях по технологии дноуглубления.

Научная новизна. В региональном аспекте научная новизна работы заключена в том, что для акватории Таганрогского залива:

• выполнена оценка влияния природных факторов района Таганрогского подходного канала на условия его сооружения и эксплуатации;

• представлены и оценены материалы о современном состоянии экосистемы района расположения ТПК, а также данные мониторинга его дноуглубления и дампинга;

• исследованы гидроклиматические причины изменения динамики заносимости ТПК с конца 90-х гг.;

• рассмотрена проблема размещения материала дампинга в акватории залива и альтернативного берегового складирования;

Практическая значимость.

1. Выводы и заключения по результатам мониторинга используются при ежегодном обосновании и разрешении дальнейших ремонтных дноуглубительных работ на ТПК.

2. Методика моделирования контура разноса материала дампинга применяется на ТПК и рекомендована для каналов как в Азовоморском, так и других мелководных бассейнах;

3. Выявлены и внесены в паспорт ТПК причины изменения динамики заносимости в связи с изменениями метео- и гидродинамических условий, влияющих на определение объёмов и оптимальных календарных планов ремонтного дноуглубления;

4. Изученные особенности дноуглубления и дампинга на ТПК использованы при разработке долгосрочной программы мониторинга его эксплуатации;

5. Материалы и выводы диссертационной работы применяются при подготовке студентов по специальности «геоэкология» в Ростовском государственном университете в учебных курсах «Экология береговой зоны», «Природные особенности и экологические проблемы побережий», «Проблемы географии Мирового океана», «Экологическое проектирование и экспертиза», «Экология водных объектов».

Основные защищаемые положения.

1. Таганрогский подходной канал относится к поперечным судоходным каналам, заносимость которых в прибрежной зоне обусловлена, в первую очередь, вдольбереговым перемещением наносов, а в морской -накоплением материала из взвеси и, вероятно, продольным «стоковым» движением материала по каналу.

2. Важнейшим условием экологически оптимальной эксплуатации судоходных каналов на мелководьях является выбор мест подводного складирования материала дноуглубления, которые должны исключать возврат материала в прорезь и определяться на основе моделирования его разноса течениями.

3. Повышенная загрязненность отложений, накапливающихся в канале, связана с концентрацией терригенного материала тонких фракций, которые, как известно, наиболее обогащены загрязняющими веществами.

Они отлагаются в прорези канала в основном из взвеси в результате падения скорости и увеличения турбулентности водных масс на участке переуглубления дна.

4. Роль судоходства (собственно, движения судов) в загрязнении отложений, накапливающихся в каналах, в настоящее время корректно не определяется, и, как правило, завышается. Об этом, в частности, свидетельствуют повышенные концентрации в них практически всех загрязняющих веществ, в том числе - ряда металлов и других веществ, происхождение которых явно не может быть связано с судоходством.

5. Береговое складирование материала дноуглубления как альтернатива ^ подводному на побережье Таганрогского залива в современных природно-экологических и хозяйственно-экономических условиях представляется нерациональным.

Апробация работы и публикации. Основные результаты и защищаемые положения работы изложены в опубликованных статьях и тезисах, перечисленных в списке работ по теме. Они также докладывались и обсуждались на научных конференциях «Россия на пороге нового тысячелетия: проблемы, тенденции, модели» (РГЭА, 2000) и «Региональные экологические вопросы» (РГЭА, 2005), на Региональном Совещании по вопросам дноуглубления и СНО (ЦПКТБ "Стапель", 2005), на НТС МАП Таганрогского порта, заседаниях кафедры физической географии, экологии и охраны природы РГУ. Использованные в работе материалы и полученные выводы представлены Морской администрации порта Таганрог, а также региональным контролирующим природно-охранным органам в ежегодных отчётах о мониторинге, природно-экологических обоснованиях, оценках воздействия на природу (ОВОС) объектов Таганрогского портово-судоходного комплекса. По теме диссертации опубликованы 6 научных статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы 206 страниц, включает 100 таблиц и 9 рисунков. Список литературы содержит 117 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Латун, Владимир Владимирович

Результаты исследования нефтяного загрязнения донных отложений на трассе канала приведены в таблице 4.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В процессе исследований в региональном аспекте были решены следующие задачи:

• Выполнена оценка влияния природных факторов района Таганрогского подходного канала на условия его сооружения и эксплуатации. Гидрохимические исследования 2000-2004 гг. не выявили повышения концентрации тяжелых металлов (за исключением Сг) и зафиксировали стабильные величины загрязнения воды и донных отложений нефтепродуктами. За исключением собственно территории свалки, не зафиксировано изменений биопродуктивности и видового состава фито-и зоопланктона.

• Дана детальная литологическая характеристика поверхностных отложений залива, которая содержит уникальные данные, полученные в результате изучения донных осадков на профиле в центральной части залива. Подробно рассмотрены преобладающие суглинистые и супесчаные отложения верхней части разреза, а также песчаные отложения, слагающие подводное продолжение Чумбурской косы, в которых формируется прорезь канала;

• Исследование гидроклиматических изменений и связанной с ними динамики заносимости ТПК с конца 90-х гг. показало значительные изменения основных направлений ветров в сезонной динамике региона. В последние годы нами зафиксировано устойчивое преобладание в зимние месяцы ветров западной составляющей, в то время как среднемноголетние данные свидетельствуют о восточном переносе. Указанная закономерность определяет резкое изменение заносимости канала в зависимости от времени года, что в свою очередь требует корректировки графика дноуглубительных работ;

• Анализ современных природно-экологических условий береговой зоны Таганрогского залива, а также хозяйственной освоенности свидетельствует о невозможности складирования изымаемых грунтов в береговые отвалы, главной причиной является отсутствие мест пригодных для такого складирования. Размещение и длительное хранение больших объёмов (800-900 тыс. м3 ежегодно) загрязнённого тонкодисперсного материала в береговой зоне категорически противоречит экологическим концепциям;

• Изучена перспектива влияния строительства новых каналов на экосистему Таганрогского залива, а также вопрос об интенсивности размыва и разноса складируемого материала по акватории, что определяет масштаб вторичного загрязнения основных сред. В связи с этим применяется разработанная при участии автора модель определения контура разноса материала.

Полученные результаты НИР опробованы и представлены Морской администрации порта Таганрог, региональным контролирующим природно-охранным органам и в дальнейшем могут быть использованы административными и хозяйственными органами региона при планировании дальнейших производственных и природно-охранных мероприятий на водных объектах. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Латун, Владимир Владимирович, 2005 год

1. Айбулатов Н. А. Определегие мощности потока взвешенных песчаных наносов у морских берегов // докл. АН СССР, т. 116, №2, 1957

2. Аксенов А. А. О заносимости подходных каналов в Азовском море //Тр. ГОИН., Вып. 31(43) 1956 С150-157

3. Артюхин Ю. В. Антропогенный фактор в береговой зоне // Ростов н/Д, изд-во РГУ, 1986

4. Башкиров Г. С. Динамика прибрежной зоны моря // М., Морской транспорт, 1961, 220 с.

5. Безруков П. Л., Лисицын А. П, Классификация осадков современных морских водоемов //Тр. ИО АН СССР, Т. 32, 1960 С. 3-15

6. Беспалов А. А. Латун В. В. Применение географических информационных систем (ГИС) для экологического мониторинга Таганрогского залива Азовского моря // Материалы IV научно-практической студенческой конференции, РГЭА, Ростов-н/Д., 1998

7. Беспалова Л. А. Ландшафтная структура береговой зоны Северного Приазовья и Керченского полуострова//дис. к.г.н., Ростов н/Д, 1997

8. Беспалова Л.А., Ивлиева О.В., Ищенко A.A. Природно-антропогенные ландшафты Таганрогского залива // Геоэкологические исследования и охрана недр: Науч.-техн. информ. сборник. М., 1998. Вып.4. С 47-56

9. Бриллиант Л. А. География морского судоходства // М., Транспорт, 1983 Бронфман А. М. К вопросу о компенсационном стоке морских вод в условиях отмелого предустьевого взморья // Океанология, т.2, вып. 4,1962

10. Бронфман А. М., Алдакимова А. Я., Макарова Г. Д., Толоконникова Л. И. Характерные особенности самоочищения вод и грунтов мелководного моря (на примере Азовского моря ) // Океанология, т. 16, вып. 1, 1976

11. Бронфман А. М., Дубинина В.Г. Макарова Г.Л. Гидрологические и гидрохимические основы продуктивности Азовского моря // М., Пищевая пром-ть, 1979 Бронфман А. М., Хлебников Е. П. Азовское море. Основы реконструкции // Л., Гидромеоеоиздат, 1985

12. Власов В. М., Ирхин Н. А., Зеньковский Г. В. и др. Морские каналы и средства навигационного оборудования // М., Транспорт, 2001

13. Воловик С. П, Современные преобразования экосистемы Азовского моря // Вопросы ихтиологии. Т. 26. Вып. 1, 1985

14. Воловик С. П. Основные итоги исследований состояния и трансформации экосистемы Азовского моря в 1991-1995 гг. // Сб. науч. тр. АзНИИРХ. 1997

15. Воловик С. П., Хрусталев Ю. П. Азовское море: к чему привела бесхозяйственность // Рыбное хоз-во, № 6, 1989 с. 42-47

16. Воловик С. П., Чихачев А. С. Антропогенные преобразования ихтиофауны Азовского бассейна

17. Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственных водоемов Азово

18. Черноморского бассейна: Тр. АЗНИИРХ. Ростов н/Д., 1999

19. Воробьев В. П. Бентос Азовского моря //Симферополь, Крымиздат, 1949

20. Гаргопа Ю. М. Влияние климатических факторов на крупномасштабную изменчивостьэлементов водного баланса, солености и отдельных компонентов биоресурсов Азовского и

21. Черного морей // Основные проблемы рыбного хозяйства и охраны рыбохозяйственныхводоемов Азово-Черноморского бассейна: Тр. АЗНИИРХ. Ростов н/Д., 1998

22. Географические аспекты изучения гидрологии и гидрохимии Азовского бассейна // Сб. ст., Л.,изд. ГО СССР, 1981

23. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. T.5. Азовское море // СПб., Гидрометеоиздат, 1991

24. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Ростовской области в29