Воздействие низконапорных гидротехнических сооружений на динамику наземных экосистем зоны широколиственных лесов центральной и восточной европы 25. 00. 36 «Геоэкология»

уровне воды, выше и ниже среднего многолетнего уровня воды в реках.

Для решения поставленных задач выбирались экологические профили, расположенные на участках реки с естественным (незарегулированным стоком) и при зарегулировании. Для реки Эльбы, которая в пределах исследования не имеет плотин и шлюзов, выбраны аналоги на притоке первого порядка – реке Саале, которая впадает в основное русло.

В ходе исследований использовались методы исторических, экологических, географических аналогов, методы геоботанической индикации, экологического профилирования, статистической обработки и др., которые успешно развиваются в Российской Академии наук и в Федеральном агентстве по охране природы Германии.

С 1996 по 2001 годы проводились натурные полевые исследования на постоянных заложенных инструментальных поперечных ландшафтных профилях с подробным описанием растительных сообществ, почвенных разрезов (шурфов) и измерением глубины залегания установившегося уровня безнапорных грунтовых вод (УГВ) и открытой (свободной) поверхности водных объектов (рек и каналов). Для выявления многолетней динамики водности рек использованы ряды многолетних данных постоянных наблюдений за уровнем и расходом воды рек и каналов, официально опубликованные в гидрологических ежегодниках (Государств…, 1936, …, 1990; Deutsches…(a), 1953, ..., 1996; Deutsches…(b), 1990, ..., 1997; Gewaesserkundliches…(a), 1951, ..., 1963; Gewaesserkundliches…(b), 1964, ..., 1992; Gewaesserkundliches…(c), 1949; Jahrbuch…(a), 1940, ..., 1943; Jahrbuch…(b), 1904, ..., 1938), а также некоторые гидрологические данные и фондовые материалы, предоставленные Федеральным институтом гидрологии (BfG, Кобленц, Германия), Региональным агентством водного хозяйства Баварии (BFLW, Мюнхен, Германия) и Всероссийским НИИ гидрометеорологической информации (ВНИИГМИ-МЦД, Обнинск, Россия).

Изучение влияния зарегулирования рек при создании и функционировании гидротехнических сооружений на состояние пойменных ландшафтов проводилась на основе: сравнения 19 постоянных ландшафтно-геоботанических модельных профилях, протяженностью от 300 м до 2 км, которые располагались в охраняемых заповедных территориях среднего течения реки Дунай, среднего течения реки Эльбы и на р. Сейм (рис. 1). Модельные профили выбирались на основе метода географических аналогов и были выполнены на разных участках речных долин; сравнивались естественные и /или “условно естественные” территории и подвергшиеся гидротехническим воздействиям в различные временные отрезки. Исследования включают: подробные описания ключевых участков (почвы, УГВ, растительность); повторные обследования модельных участков (бурение до УГВ, описание растительности, отбор почвенных проб для последующих химических анализов). Для характеристики изменения аллювиальных почв была применена оригинальная методика оценки на основе диагностики уровня влажности почв и интенсивности ее колебаний в сезонных и многолетних циклах по морфологическим, физико-химическим и химическим индикаторным свойствам самих почв (Kouzmina, Treshkin, Avetjan, Henrichfreise, 2005).

Для выявления и оценки изменений растительного покрова пойм как на зарегулированных, так и на незарегулированных реках была использована типология растительных сообществ, отражающая признаки растительных сообществ с обязательным учетом его экологических и географических связей (Кузьмина, 1993; 1997б; 1997д; Novikova et. al., 1998; 2001). При этом использовалась разработанная нами шкала перевода оценок обилия древесных, кустарниковых и травяных видов из различных геоботанических систем. Для сравнения использованы собственные и опубликованные геоботанические материалы, выполненные в период до зарегулирования рек, около 200 собственных почвенных разрезов и многочисленные бурения до УГВ.

Для изучения закономерностей трансформации природной среды во времени при зарегулировании НГС, были разработаны специальные методики оценки происходящих экологических изменений. Это прежде всего методика выделения растительных индикаторов и эталонных участков и методика индикации почвенных нарушений при изменении естественного режима обводнения в поймах (основана на морфологических признаках протекания окислительно-восстановительных реакций в почвах).

Накапливаемая информация вносилась в базы данных в виде многочисленных таблиц Excel и Word. Подготовлены: гидрологическая, климатическая, геоботаническая и почвенная базы данных (табл. 2).
Глава III. Естественные и антропогенные гидрологические и климатические изменения.

3.1. Изменение режима речного стока и мезоклимата за исторический период.

В связи с возникшей проблемой климатических изменений (Будыко, 1977; Кондратьев, 1987; Кононова, Харламова, 1982; Клиге, 2000; Jones, Mann, 2004), для более корректного определения влияния речного стока на динамику пойменных экосистем при создании низконапорных гидротехнических сооружений (НГС), анализировались изменения водного режима рек (колебание во времени уровней и расходов воды) за весь период инструментальных наблюдений как для зарегулированных рек, так и для участков-аналогов с “условно” естественным стоком, а так же годовое и сезонное изменение атмосферных осадков для соответствующих постов.

Участки рек аналогичным образом были разделены по длительности функционирования в зарегулированном режиме, что можно рассмотреть на примере реки Дунай, где обследуемый участок реки, длиной 146.17 км, от г.Регенсбург до г.Пассау (2376.49-2230.32 км Дуная) был разделен на 4 части:

• 
  участок с “условно” естественным речным стоком реки от г. Пфеллинг до г. Вильсхофен (2305.53-2249.47 км Дуная) – 56.06 км;
  
• 
  недавно (с 1994 г.) зарегулированный участок реки (2353.66-2321.25 км Дуная) между плотинами Гайслинг (с 1987 г.) и Штраубинг (с 1994 г.) – 32.41 км;
  
• 
  давно (с 1987 г.) зарегулированный участок реки (2376.49-2353.66 км Дуная) между плотинами Швабельвайс (с 1965 г.) и Гайслинг (с 1987 г.) – 22.83 км;
  
• 
  очень давно зарегулированный участок реки – подтопленный участок верхнего бьефа плотины Кахлет (с 1926 г.), расположенный между городами Вильсхофен и Пассау (2249.47-2230.32 км Дуная) – 19.15 км.
  

На модельных участках поймы при неизмененном стоке рек, и на участках пойм различного времени зарегулирования были заложены инструментальные экологические профили, где с 1996 по 2001 год проводились ежегодные экологические наблюдения за изменением растительности, почв и УГВ.

Были выявлены три различных ситуации, характерные для разных бассейнов рек: Эльбы (раздел 3.1.а), Дуная (3.1.б) и Сейма (3.1.в).

Анализ трендов среднегодовых уровней и расходов воды по длиннорядным (60-100 лет) гидрологическим постам выявил сходные тенденции для бассейнов рек Эльбы и Сейма. За последнее столетие выявлено увеличение водности этих рек в меженный период, а так же понижение уровней и расходов весенних разливов, что приводит к снижению амплитуды колебания многолетних уровней и расходов воды (табл. 3, 4). Подобные изменения приводят к стабилизации УГВ в вегетационный период, вызывают увеличение глееобразования в верхних и средних почвенных горизонтах и способствуют утрате естественной древесно-кустарниковой растительности пойм.

Для бассейнов рек Эльбы и Сейма в ХХ столетии выявлена тенденция к перераспределению атмосферных осадков в сторону их увеличения в зимний период (рис. 2, табл. 5), что также способствует изменению сложившихся почвенно-грунтовых условий в поймах.

Наибольшие изменения за многолетний период выявлены для средних наибольших значений уровней и расходов воды (частых паводков/половодий) рек Эльбы и Сейма, которые существенно понизились.

Для бассейна верхнего Дуная установлено повышение водности реки (расходов и уровней), связанное с увеличением выпадения атмосферных осадков за многолетний период. При этом наиболее значимо повышаются годовые минимальные (меженные) расходы и уровни воды, что приводит к активизации процессов заболачивания на нижних и средних уровнях поймы в незарегулированных частях реки (Штраубинг-Пассау) и к заболачиванию всех уровней поймы в зарегулированных частях реки (Регенсбург-Штраубинг).

Для всех обследуемых бассейнов (средняя Эльба, верхний Дунай, Сейм) выявлено достоверно значимое стабильное повышение меженных расходов