Экология/ 2.Экологические и  метеорологические

                                        проб­лемы  больших городов и промышленных зон.

    

Д.б.н. Горюнова С.В.

Московский городской педагогический университет, Россия

Причины образования биологических помех

в системе технического водоснабжения АЭС

 

Атомные электростанции являются объектами, проблема обеспечения экологической безопасности которых всегда представляет собой актуальную задачу. Особое внимание уделяется водоемам-охладителям, служащим для отвода избытка тепловой энергии, вырабатываемой атомными реакторами.

Однако не менее важной проблемой, чем обеспечение экологической безопасности, является недопущение возникновения в водоемах-охладителях процессов, ведущих к образованию серьезных биологических помех (биопомех) в системе технического водоснабжения АЭС.  Ухудшение экологических условий в водоеме-охладителе, сопровождающееся вспышкой развития нежелательных организмов, может привести к возникновению чрезвычайной ситуации на радиационно-опасном объекте [1] и даже создать угрозу выброса продуктов деления в окружающую среду (при перегреве и последующем разрушении тепловыделяющих элементов).  Так, при «залповом» развитии в водоеме-охладителе плохо прикрепленной и свободноплавающей макрорастительности,  с током воды поступающей  на водозабор АЭС  и   не полностью задержанной на решетках и фильтрах,  может  произойти закупорка водоводов.

Интенсивное зарастание водоемов свидетельствует об их эвтрофировании и разрушении структурно-функциональной организации водной экосистемы. Значительное  эвтрофирование в большинстве случаев приводит к утрате рыбохозяйственного, водохозяйственного и рекреационного потенциалов водоема. Вспышка развития водной растительности  в 2000 году в водоеме-охладителе Курской АЭС (КАЭС)  не только обусловила серьезные биопомехи в работе АЭС, но и вызвала интенсивное вторичное загрязнение ряда участков акватории, сопровождающееся почти полной потерей их рекреационного потенциала  и массовой гибелью гидробионтов.

Чтобы определить истинные причины нежелательных явлений и разработать эффективные меры, направленные на их предотвращение, необходимо было исследовать экологическое состояние водохранилища  КАЭС.

Водоем-охладитель Курской АЭС представляет собой искусственное наливное водохранилище, созданное в долине р.Сейм. Река Сейм, служащая основным источником подпитки  водоснабжения Курской АЭС, протекает через промышленные зоны и районы с интенсивным сельским хозяйством. Поэтому ее воды в отдельные периоды могут быть сильно загрязнены [2]. Подавляющая часть объема вод постоянно вовлечена в циркуляционное течение и периодически проходит через систему охлаждения АЭС. Температура сбросных вод в теплое время года может достигать 40°С, а в отдельные периоды даже превышать этот уровень.

Антропогенное воздействие на водоем-охладитель практически всегда носит сложный и многообразный характер [3]. Кроме непосредственного влияния электростанции (термического, химического и радиационного) воздействие на экосистемы могут оказывать и  факторы,  прямо не связанны с работой АЭС. Так, в водоем-охладитель постоянно поступает большое количество загрязняющих веществ с окружающей территории. Интенсивное эвтрофирование приводит к значительному зарастанию прибрежной зоны водоема-охладителя. Основным источником эвтрофирования является загрязнение водоема с территории г.Курчатов и  неорганизованное использование прибрежной зоны, на что указывает  характер распространения массивов зеленых нитчатых водорослей.

 В последние годы наблюдается значительное увеличение площади участков, занятых зарослями роголистника и зеленых нитчатых водорослей. Эти водные растения и являются главным источником биопомех в системе водоснабжения АЭС. Площадь других формаций водной растительности сократилась, некоторые – практически исчезли. Зарастание водоема-охладителя КАЭС сопровождается снижением разнообразия его фитоценозов. Из описанных в 1987-1991 гг. шести формаций погруженной высшей растительности в настоящее время осталось только две – рдеста гребенчатого (Potamogeton pectinatus L.) и роголистника погруженного (Ceratophyllum  demersum L.).

Основной причиной деградации водных объектов в условиях их интенсивного эвтрофирования является нарушение баланса продукционо-деструкционных процессов.

Основными группами продуцентов в водоеме-охладителе в настоящее время являются фитопланктон, зеленые нитчатые водоросли и высшая водная растительность (макрофиты).  Вклад других экологических групп водной растительности не играет заметной роли в балансе продукционно-деструкционных процессов в водоеме-охладителе КАЭС.

Уровень первичной продукции фитопланктона в водоеме-охладителе КАЭС в период исследования (2004-2007гг)  был относительно постоянен. В летний период в сильно обогреваемой зоне (сбросной канал, район струераспределительной дамбы)  продукция фитопланктона была минимальной (0 мг С/л/сут.), что обусловлено высокой температурой (температура сбросных вод в период летних съемок в июне и в августе 2007 г.  составляла 33,0оС и 34,5оС соответственно). На других участках циркуляционного течения уровень продукции фитопланктона был приблизительно одинаковым: 0.06 – 0.11 мг С/л/сут.  Общий уровень продукции фитопланктона как в центральных, так и в периферических частях был относительно низок, что является специфической особенностью водоема-охладителя КАЭС. Например, в Волжских водохранилищах в вегетационный период продукция фитопланктона составляет 1-2 мгС/л в сутки, достигая на мелководьях 4 мгС/л в сутки [4].  По своей гидрологической структуре водоем-охладитель – это водоем особого типа.  В нем всегда  существует несколько типов водных масс, а условия, формирующиеся в занятых ими участках акватории, могут значительно отличаться, оказывая  влияние на величину продукционных процессов.

Другой особенностью являлось уменьшение продукции фитопланктона в  большинстве периферических водных масс (например, в заливе Голубой лог). Причиной может служить зарастание залива зелеными нитчатками и роголистником. В прибрежной зоне поверхность воды полностью покрыта водокрасом лягушачьим (Hydrocharis morsus-ranae). Поэтому планктонные водоросли существуют в острой конкурентной борьбе за свет и биогены. Таким образом, несмотря на то, что водоем-охладитель подвержен интенсивному эвтрофированию, продукция фитопланктона в последние годы находится в нем на относительно низком уровне.

Основной ассоциацией надводной растительности  является тростник южный (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.). В среднем, годовая продукция составляет 450 г С/м2 в год. Если принять, что береговая линия водоема-охладителя составляет 25 км, а средняя ширина полосы зарослей тростника 3 м, то общая величина создаваемого тростниковой формацией органического вещества будет составлять 33,7 т углерода (850 т сырой растительной массы).

Из погруженной растительности существенное значение на современном этапе имеют только формации рдеста гребенчатого и роголистника погруженного. Общая площадь формации рдеста гребенчатого в настоящее время составляет не менее 40% площади водоема-охладителя. Это самая распространенная растительная формация. В чистых прибрежных зарослях годовая продукция составляет 70-220 г С/м2 в год. Общее количество органического вещества, продуцируемого данным видом, составляет более 600 тонн С/год (14000 тонн сырой растительной массы).  Таким образом, рдест гребенчатый в настоящее время ежегодно создает в водоеме-охладителе КАЭС громадное количество растительной массы. На берегах водоема в последние годы образовались мощные залежи разлагающихся остатков, состоящие из отмершего рдеста.

          Формация роголистника в 2007 г. занимала около 5% площади дна. Средний уровень годовой продукции в плотных зарослях со 100%-ным покрытием составлял до  400 г С/м2 в год,  на других участках  – около 150 г С/м2. Ежегодный вклад этого вида в биопродукционный процесс можно оценить в 165 т органического углерода (4500 тонн сырой растительной массы). В целом, по предварительным оценкам, в водоеме-охладителе КАЭС макрофитами в год создается около 800 тонн органического углерода, 75% которого приходится на долю рдеста гребенчатого.

          Сообщества зеленых нитчатых водорослей значительно более продуктивны, чем сообщества макрофитов. Общая площадь, занятая плотными зарослями нитчаток, составляла около 0,2% от общей площади водохранилища. Если принять, что средний уровень годовой продукции на таких участках составляет 5000 г С/м2, то ежегодный вклад этой группы растений в биопродукционный процесс составляет 220 т  органического углерода (2200 т сырой массы водорослей). Расчеты носят сугубо предварительный характер, они могут лишь приблизительно охарактеризовать общий уровень продукции водорослей. Для получения более точных оценок необходимо проведение специальных исследований.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

- Основная часть первичной продукции в водоеме-охладителе КАЭС в настоящее время создается за счет развития высшей водной растительности. Наибольшую роль в создании автохтонного органического вещества играют рдест гребенчатый и роголистник погруженный. Уровень продукции фитопланктона относительно невысок и не отражает интенсивность эвтрофирования водоема.

- Образование значительных скоплений зеленых водорослей пока наблюдается только на относительно небольшой части акватории, подверженной наиболее сильному эвтрофированию, однако их вклад в создание первичной продукции уже сопоставим с макрофитами и, по-видимому, превышает продукцию фитопланктона.  Если процесс эвтрофирования водоема-охладителя будет продолжаться с той же интенсивностью, то уже в ближайшем будущем на долю этой группы водной растительности будет приходиться основная часть создаваемого в водоеме органического вещества. Учитывая высокую продуктивность нитчатых водорослей, можно также прогнозировать, что их дальнейшее развитие будет сопровождаться увеличением вторичного загрязнения прибрежных участков и значительной интенсификацией биологических помех в работе системы техводоснабжения АЭС.

                                                                       

                                                                              Литература:

1.  Горюнова С.В., Попов А.В., Суздалева А.Л., Безносов В.Н. Чрезвычайные экологические и биологические ситуации в техногенных водных экосистемах // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия “Сельскохозяйственные науки”,  2002. №8. С.10-16.

2. Бондаренко Т.А., Васенко А.Г., Игнатенко Л.Г., Лунгу М.Л., Старко Н.В. Экологические аспекты функционирования водохозяйственного комплекса при Курской АЭС. // Экология регионов атомных станций. Вып. 2.М.: ГНИПКИИ  – Атомэнергопроект, 1994. С. 141-147.

     3.  Егоров Ю.А., Суздалева А.Л.  К оценке состояния экосистемы водоема-охладителя АЭС // Тез. докл. VIII съезда Гидробиол. об-ва РАН. Т.2. – Калининград: 2001. С. 124.

4. Мордухай-Болтовской Ф.Д. Проблема влияния тепловых и атомных электростанций на гидробиологический режим водоемов. // Тр. Ин-та биол. внутр. вод. Вып. 27(30). Экология организмов водохранилищ-охладителей. – Л.: Наука, 1975. С. 7-69.