ИСТИНА

Происходящие в последние десятилетия значительные изменения климатических условий и резкая трансформация хозяйственного комплекса привели к значительным, зачастую негативным последствиям для экологического состояния рек в особо жизненно важной центральной части Русской равнины, включающей Московскую агломерацию. Именно поэтому исследования современного гидроэкологического состояния и выявление генезиса его изменений имеют не только фундаментальный научный характер, но и важное значение для принятия мер по улучшению гидроэкологической ситуации и для разработки стратегии управления водными ресурсами в будущем с учетом как запросов населения и хозяйства, так и требований охраны природной среды. В последние годы предприняты значительные усилия, направленные на оценку последствий происходящих изменений климата и хозяйственной деятельности на водные ресурсы. Несмотря на уже полученные существенные результаты исследований проблема в целом остается нерешенной. Проект направлен на исследование экологического состояния водных ресурсов рек и водоемов центрального региона Русской равнины (в том числе в верхнем течении Волги, включая реку Москву, Дона и Днепра), а также начальной стадии их формирования на водосборах малых рек, весьма слабо освещенных стационарными гидрологическими и гидрохимическими наблюдениями. Предполагается оценка произошедших изменений, речного стока, поверхностной и подземной его составляющих, гидрохимического режима рек и стока химических веществ, обусловленных влиянием климатических и антропогенных факторов. Это представляется весьма актуальным, учитывая напряженную водохозяйственную и гидроэкологическую ситуацию в этом регионе. Исследования будут основаны не только на многолетних данных в створах постоянно действующей сети наблюдений Росгидромета, но и в дополнительных временных створах, организуемых исполнителями в период реализации проекта, начиная от приводораздельных участков водосборов и истоков главных рек. Планируется использовать широкий спектр гидроэкологических характеристик. Будут анализироваться среднесуточные, сезонные и годовые характеристики водного стока, гидрохимического режима и стока растворенных химических веществ (около 100 показателей по элементному составу и содержанию основных веществ, часть из которых включена в перечень контроля Гидрометслужбы). Запланированный трехлетний цикл включает полевые исследования (в том числе маршрутные измерения (сезонную гидрохимическую съемку и более детальные измерения годового водного и гидрохимического циклов) даст возможность получить важную информацию, которая дополнит поступающие данные в рамках стандартных наблюдений на имеющейся достаточно редкой сети станций и позволит провести детальный анализ пространственных закономерностей формирования водного, гидрохимического режима и стока химических веществ на реках региона. Такая временная сеть мониторинга будет состоять из двух частей. Одна из них охватит створы на главных реках региона и на их притоках и призвана охарактеризовать внутрирегиональные (внутрибассейновые) особенности сезонных изменений характеристик водного и гидрохимического режима, влияние водохранилищ и населенных пунктов (в том числе городских агломераций) на гидрохимический режим рек. Другая ее часть будет включать сеть наблюдения на воднобалансовых и стоковых станциях региона, а также в заповедниках и других участках (реках), относительно слабо затронутых антропогенным влиянием. Такие наблюдения позволят существенно дополнить имеющуюся информацию о фоновых значениях широкого набора гидрохимических показателей, что позволит подойти к оценке гидроэкологического состояния речных бассейнов на основе внутрирегиональных фоновых значений гидроэкологических характеристик. В число исследуемых факторов гидроэкологического состояния, входят как основные климатические (атмосферные осадки, температура воздуха), так и комплекс антропогенных, воздействующих на сток не только непосредственно в водных объектах (водозабор на различные хозяйственные нужды и сбросы сточных вод, безвозвратный расход, водохранилища, и другие.), но и косвенно (мероприятия сельского и лесного хозяйства, урбанизация территории и другие). Оценки гидроэкологического состояния проводятся на основе выделения репрезентативных периодов с различающимися климатическими и гидрологическими условиями и периодов с характерным набором и интенсивностью антропогенных воздействий. Следует отметить, что современное потепление климата и резкая трансформация хозяйства наступили практически одновременно в 1980-1990-е годы. С этого времени водный сток половодья рек региона характеризуется пониженной водностью, а сток летней и зимней межени напротив повышенной, что сказалось и на гидрохимическом режиме рек. Предусматривается проведение совместного анализа гидрологических, климатических, водохозяйственных рядов данных с целью выявления закономерностей пространственно-временной изменчивости исследуемых характеристик стока воды и химических веществ, обоснования и аналитической аппроксимации зависимостей между факторами и исследуемыми параметрами гидрологических характеристик с учетом самого последнего времени. Исследования основываются на современных методах, в том числе предложенных и применяемых участниками данного проекта. В основе лежат принципы географо-гидрологического подхода (в том числе водно-балансовые расчеты, основанные на многолетних данных наблюдений на воднобалансовых и стоковых станциях, заповедниках) и статистические методы, методы маршрутных экспедиционных исследований, анализа изменений характеристик гидрохимического режима и стока химических веществ, а также гидрологического моделирования (Георгиади, Коронкевич, Милюкова и др., 2014; Долгов, 2018; Шапоренко, 2018; Даценко, 2018). Используемые методы прошли апробацию применительно к различным регионам России. Опыт их применения в течение двух последних десятилетий (в том числе при подготовке СКИОВО, ряда прикладных проектов) позволил создать информационную базу, которая также будет использована при реализации проекта. Одна из важных задач исследований состоит в оценке гидроэкологической напряженности в регионе на основе количественного и качественного истощения водных ресурсов. Для этих целей будут использованы как уже апробированные показатели (ссылки). Также для этого планируется применить условно природно-фоновые значения гидрохимических показателей. В результате выполнения проекта впервые будет выполнена комплексная оценка гидроэкологического состояния региона в условиях изменения климата и хозяйства и его изменений с учетом широкого спектра показателей. Она учитывает 1) долговременные фазы изменения годовых и сезонных количественных и качественных характеристик водных ресурсов; 2) степень внутрибассейновой синхронности/асинхронности изменений; 3) степень сопряженности гидролого-гидрохимических изменений с изменениями климата и антропогенных воздействий; 4) региональные особенности временных изменений вклада климатических и антропогенных факторов в многолетние изменения рассматриваемого комплекса гидрологических и гидрохимических характеристик. Исходные многолетние данные о гидрологических и гидрохимических показателях, включая данные полевых исследований, проведенных в периодреализации проекта, результаты комплексной оценки гидроэкологического состояния водных ресурсов региона и его изменений будут интегрированы в ГИС «Гидроэкологическое состояние рек центрального региона Русской равнины». На этой основе предполагается разработать рекомендации по стратегии улучшения гидроэкологического состояния региона. Результаты исследований будут опубликованы в серии статей в журналах, входящих в систему индексации WoS и SCOPUS.

В результате выполнения проекта впервые будет выполнена комплексная оценка гидроэкологического состояния региона в условиях изменения климата и хозяйства и его изменений с учетом широкого спектра показателей. Она учитывает 1) долговременные фазы изменения годовых и сезонных количественных и качественных характеристик водных ресурсов; 2) степень внутрибассейновой синхронности/асинхронности изменений; 3) степень сопряженности гидролого-гидрохимических изменений с изменениями климата и антропогенных воздействий; 4) региональные особенности временных изменений вклада климатических и антропогенных факторов в многолетние изменения рассматриваемого комплекса гидрологических и гидрохимических характеристик. Исходные многолетние данные о гидрологических и гидрохимических показателях, включая данные полевых исследований, проведенных в период реализации проекта, результаты комплексной оценки гидроэкологического состояния водных ресурсов региона и его изменений будут интегрированы в ГИС «Гидроэкологическое состояние рек центральной части Русской равнины». Полученные результаты могут быть основой выработки рекомендаций по адаптации водохозяйственного комплекса к современным и вероятным в будущем изменениям климата, рациональному использованию и охране водных ресурсов, устранению и смягчению негативных социально-экономических последствий изменения водных ресурсов.

В результате исследований существенно улучшены представления об особенностях региональной изменчивости концентраций главных ионов, биогенных элементов, органических веществ, микроэлементов, растворенного кислорода и других характеристик малых рек в бассейнах рр. Волга, Ока, Москва (включая реки в границах г. Москва), Протва, Дон, Днепр. Оценены природные фоновые концентрации малых рек в бассейнах верхней Волги до г. Углич и рр. Москва и Протва в границах Можайского района, Московской области. Для рек в бассейне Волги в качестве природно-фоновых условий были использованы условия тех малых речных бассейнов, которые по классификации макрозообентоса, основанной на расширенном индексе Вудивисса, отнесены к классам высокого и хорошего качества. Для малых рек Можайского района в качестве природных фоновых концентраций были использованы средние концентрации рассчитанные на основе регионального обобщения полевых данных по около 100 малым речным бассейнам с близкими к природным условиями для региона Московско-Смоленской возвышенности и Мещерской низменности. Для лесостепной, степной и южной части лесной зонах выявлена значимая роль поверхностного склонового стока в выносе с водосборов биогенных биогенных элементов (особенно, минерального фосфора. В период глобального потепления возросла роль в миграции биогенных элементов с увеличившимся подземным стоком. В грунтовых водах содержание минерального азота в 9 раз больше по сравнению со стекающими поверхностными склоновыми водами. Не зафиксировано превышение ПДК в речных водах региональными фоновыми значениями концентрации аммония, нитратов и нитритов. Ежегодно возобновляемым источником поступления биогенных веществ на речные водосборы является преимущественно растительность, а не поверхностный слой почвы. При современном уровне использования минеральных удобрений в лесостепной зоне с залежей биогенных веществ поступает в поверхностно-почвенные воды больше, чем с пашни. Биотестирование с помощью биотестов «Биотест-Эколюм» и Tetrahymena Piriformis показало, что состояние речных вод в лесной и лесостепной зонах в отношении условий существования гидробионтов в летнюю межень далеко от экологического благополучия. Из 10 обследованных в 2022 г. речных участков в 5 пробах воды токсичность обнаружена по одному биотесту. Одновременно по 2 видам биотестов отмечена токсичность на 4 участках рек. Лишь на одном токсичность не зафиксирована. В многолетних изменениях всех рассмотренных основных рек региона за весь более чем вековой (за исключением Сейма) период наблюдений выявлены две продолжительные контрастные (повышенной и пониженной водности) фазы стока гидрологических сезонов. Продолжительность долговременных фаз на этих реках изменяется от 28 до 99 лет. Разница в стоке контрастных фаз составляет (в процентах от фазы пониженного стока) от 18 до 144%. На основных реках региона выявлены очень значительные различия в частоте маловодных лет (сток 75 и 90-95% обеспеченности) для годового и сезонного стока в фазы повышенного/пониженного стока всех основных рек региона. В многолетних изменениях качества воды Волги по ИЗВ в период 2001-2009 гг. происходило его улучшение в относительно периода 1993-2000 гг., а в 2012-2019 гг. ухудшением относительно предшествующего периода, что коррелирует с длительным ходом концентрации меди (изменение в диапазоне (2.4-6 ПДК). Сказывается также рост в последнее десятилетие среднегодовой концентрации марганца до 15.6 ПДК. Вода в Оке и Дону сохраняет небольшую тенденцию к улучшению качества в основном за счет снижения концентраций меди с 4-5.2 ПДК до 3.6 и 2.7 ПДК соответственно. Тенденции снижения годовых объемов сбросов сточных вод разных категорий в основном сходны с таковыми по водозаборам. Наиболее быстрое сокращение общего объема сточных вод и категории «загрязненные» произошло на водосборах Дона и Днепра. Сокращение сбросов сточных вод в период с 2012 г. Почти по всем загрязняющим веществам проявляется тенденция сокращения сбросов - троекратно по БПК полному, двукратно по фосфору. В 1990-е гг. сбросы меди снизились на водосборах Волги и Оки соответственно с 500 до 13 и с 430 до 13 т. Сокращение сбросов азота аммонийного во многом сопряжено с увеличением сбросов нитратов, но соотношения не всегда и не везде сохраняются. На основе анализа данных наблюдений и результатов расчетов на гидроэкологической модели установлено, что: роль боковой приточности водохранилищ в формировании и трансформации качества воды Иваньковского и Угличского водохранилищ определяется долей водного притока в приходной части водного баланса, и сбросами из вышерасположенного водохранилища; степень влияния сбросов коммунальных сточных вод городов на качество воды водохранилищ колеблется в широком диапазоне. Балансовыми расчетами боковой приточности в водохранилища рассчитана эффективность очистки сточных вод до нормативных значений качества воды. Анализ многолетних данных наблюдений о среднегодовых значениях 30 гидрохимических показателей за 2005-2019 гг. на постах Государственной сети наблюдений, расположенных выше и ниже 11 малых, средних и крупных городов, включая г. Москва, выявлены особенности влияния городов на качество воды рек. Для основных речных бассейнов выявлены различия водно-экологической напряженности (ВЭН) и кратности разбавления сточных вод (всех и загрязненных сточных вод в годы средней и низкой водности (соответствующей 75 и 95% обеспеченности) для суммарного и свободного стока для условий 1990 г. и 2018 г., характеризующихся разной степенью антропогенной нагрузки. Подготовлена ГИС для всего региона исследований и модельных районов, которая включает в себя около 200 геоинформационных слоев и 14 единых бесшовных мозаик космических снимков. ГИС разделена на 4 тематических блока. Все запланированные научные результаты достигнуты.