Сокращения
СПбГУ - Санкт-Петербургский государственный университет
БТС - Балтийская Трубопроводная Система
ААНИИ - Научно-исследовательский институт Арктики и Антарктики
ЗАО АПМП - Закрытое акционерное общество «Ассоциация Предприятий
Морского Приборостроения»
ЦНИИ - Центральный научно-исследовательский институт
IB As — Important Bird Areas
ЖМК - Железо-марганцевые конкреции
ГОСНИОРХ — Государственный научно-исследовательский институт озерного и
речного рыбного хозяйства
ОВОС - Оценки Воздействия на Окружающую Среду
ГИС - Геоинформационные системы
Введение
Гидротехническое строительство, в том числе — строительство портовых сооружений, является составляющей частью антропогенного воздействия на прибрежную зону [1,2]. Строительство новых портовых комплексов в настоящее время ведется в ряде приморских стран, в том числе — в Египте (Красное море) и России (Балтийское море). Несмотря на существенные различия в климате, океанологическом режиме и устройстве прибрежных экосистем, суть антропогенного воздействия оказывается общей как для условий Красного моря, так и Балтийского. Прежде всего это - дампинг и сопутствующее ему увеличение концентрации взвеси в водной толще (таблица 1). Исходя из этого, целесообразно рассмотреть воздействие этих факторов на прибрежные экосистемы на каком-либо «модельном» объекте, чтобы вывести общие закономерности «отклика» экосистем.
Воздействие на стадии эксплуатации порта будет определяться прежде всего характером перевозимых грузов. Так, в проливе Бьеркезунд любая аварийная ситуация будет чревата попаданием в прибрежные воды нефти. В Суэцком заливе порт предназначен для перевозки контейнеров; соответственно, угрозы нефтяного загрязнения там не существует.
Основными антропогенными факторами воздействия на водную биоту при строительстве портовых сооружений (так же как и при дампинге) являются механическое нарушение структуры донных биотопов при изъятии и перемещении больших масс грунта; повышенная мутность воды, возникающая при дноуглублении, вбивании свай, шпунтов, а также сбросе (отвале) грунта [1, 2]. Первый вид воздействия - наиболее опасный, так как представляет собой непосредственное уничтожение места обитания высшей водной растительности и бентоса при снятии грунта или засыпке им части дна
Таблица 1 — Оценка воздействия антропогенных факторов на прибрежную Экосистему
Воздействие Параметр Красное море (Суэцкий залив) Балтийское море (Финский залив)
Во время строительства После строительства Во время строительства После строительства
Дампинг Кач-во воды + - + -
Фитопланктон ++ + + -
Зоопланктон - - + -
Бентос + - ++ +
Рыбы - - ++ +
Кораллы + + - -
Последствия Кач-во воды — - — +
аварий во Фитопланктон — - — +
время Зоопланктон — - — +
перевозок Бентос — - — ++
Рыбы — - — ++
При 1) 2) " 3)+- Кораллы мечания - - нет воздеж t- — умеренное 1- - сильное во: ;твия; воздействие; ^действие +
[3, 4, 5, 6, 7]. Второй вид воздействия проявляется более сложным образом и зависит от «дозы» фактора то есть от продолжительности воздействия и его интенсивности - в данном случае от размера и концентрации частиц взмучиваемого грунта.
Воздействие портовых комплексов на экосистемы прибрежной зоны на стадии эксплуатации порта — более сложный комплексный процесс, который может быть количественно описан с использованием понятия «экологическая чувствительность». Под экологической чувствительностью понимается
степень уязвимости объектов по отношению к какому-либо антропогенному фактору.
Целесообразность расширения существующих и строительства новых морских портов в восточной части Финского залива, предназначенных для перевалки грузов, определяется рядом причин. Главная из них -экономические потери России, которые, по различным оценкам, достигают 1500 MUSD в год. Кроме того, строительство новых портов имеет стратегическое значение для энергетической, экономической и транспортной безопасности России. Анализ мирового опыта строительства и эксплуатации крупных морских портов показывает, что они стимулируют экономический рост соответствующих регионов. Развитие инфраструктуры порта ведёт к совершенствованию транспортной системы всего региона, улучшению качества автомобильных и железных дорог [8].
Приморск - город в Ленинградской области, расположенный на северовосточном берегу Финского залива, близ группы Берёзовых островов, в 137 км к северо-востоку от Санкт-Петербурга. Строительство Приморского порта, предназначенного для перевалки нефти, началось на северо-восточном берегу пролива Бьеркезунд в 1999 г. В 2001г. запущен в эксплуатацию первый терминал по перегрузке сырой нефти мощностью до 50 млн. т в год. Идет строительство второго комплекса по перегрузке светлых нефтепродуктов мощностью 24 млн. т в год и планируется построить третий и четвертый терминал по перегрузке темных нефтепродуктов мощностью 12 и 13 млн. т в год. При оценке воздействия портовых комплексов на природные экосистемы необходимо различать этап проведения гидротехнических работ и этап эксплуатации порта. В связи с этим становится актуальной разработка системы экологического мониторинга состояния окружающей среды и природных сообществ прибрежной зоны, которая будет подвергнута антропогенному воздействию [9]. При этом, российским специалистам, участвующим в организации и ведении мониторинга, следует, в большей
мере, руководствоваться сложившимися международными принципами ведения наблюдения за морскими экосистемами. Так, рекомендации Международного Совета по исследованию Морей (International Council for the Exploration of the Sea) предусматривают оценивать состояние морской среды, прежде всего, по биологическим параметрам, изменения которых позволяют с наибольшей адекватностью судить о состоянии исследуемой гидроэкосистемы и степени её «антропогенной нагрузки».
Особо нагруженными являются прибрежные зоны — области на стыке суши и моря - где непосредственно сталкиваются интересы промышленности, связанной с морехозяйственной деятельностью, всех видов транспорта, сопутствующих городов, зон отдыха и заповедных зон. Подобное сочетание определяет уникальность прибрежных зон и чрезвычайно высокие нагрузки на экосистему. Цели и задачи
Целью настоящей работы явилось изучение закономерностей изменений, происходящих под воздействием портостроительства в прибрежных экосистемах пролива Бьеркезунд, и оценка экологической чувствительности пролива Бьеркезунд, где в настоящее время ведется строительство портового комплекса г. Приморск.
В связи с этой целю необходимо решить следующие задачи :
а) определение распределения гидрологических характеристик (температура и соленость) и гидродинамических характеристик в проливе Бьеркезунд;
б) оценка естественного фонового состояния гидроэкосистем (природных водных комплексов);
в) выделение естественных и антропогенных факторов, влияющих на изменение характеристик среды обитания гидробиологических сообществ;
г) определение изменений в биологических сообществах под воздействием антропогенных факторов;
8
д) прогностические оценки чувствительности прибрежных экосистем пролива Бьеркезунд.
Актуальность работы заключается в необходимости разработки методов импактного мониторинга как для пролива Бьеркезунд, так и для других районов Мирового океана. Полученные результаты должны представлять интерес для организации мониторинга в других районах Мирового океана, в частности — в Суэцком заливе Красного моря. Морские ресурсы Суэцкого залива рассматриваются правительством Египта как особо важные для страны [10, 11]. Эти ресурсы важны для удовлетворения потребностей страны в нефти и энергии [12, 13], рыбной продукции [14], а также для реализации рекреационного потенциала [13, 15]. В настоящее время запланировано строительство порта Айн Сухна. Ожидается, что эффект воздействия от строительства порта будет ограничен следующими обстоятельствами:
а) слабые течения, не способствующие распространению взвеси;
б) отсутствие в районе строительства экологически чувствительных биологических сообществ (в частности, морских трав и коралловых рифов);
в) отсутствие промысловых скоплений рыб.
Тем не менее, ожидается возможное негативное воздействие на единичные поселения кораллов рода Acropora sp. и мягких кораллов. Для оценки этого воздействия могут быть применены подходы, апробированные в месте строительства Приморского порта.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые проводится оценка интегральной экологической чувствительности гидробиологических сообществ по отношению к антропогенному прессу.
Теоретическая значимость работы обусловлена разработкой понятия «экологическая чувствительность» применительно к морским прибрежным экосистемам.
Практическая значимость работы состоит в возможности применения
предлагаемых методов для организации экологического мониторинга в местах строительства портовых комплексов. Способ расчета экологической чувствительности включен в проект программы экологического мониторинга строительства второй очереди сооружений Приморского порта.
10
1 Характеристика гидрологического режима района исследований
1.1 Материал и методы исследований
Регулярные наблюдения за гидрологическим районом пролива Бьерке-зунд прекратились более 10-ти лет назад в связи с закрытием гидрологического поста. Проводившиеся исследования СПбГУ [16] представляют собой материалы многосуточной гидрологической станции, выполнявшейся в течение двух лет в районе Приморска.
Полномасштабное изучение гидрологических характеристик по акватории пролива началось в 1999 году в связи с планами строительства Балтийской трубопроводной системы (БТС, ныне подразделение Траснефти). Оно проводилось объединёнными усилиями специалистов ААНИИ, РГГМУ, ОАО «Ленморниипроект», ЗАО АПМП (Ассоциация предприятий морского приборостроения) и ЦНИИ им. А.Н. Крылова в 1999 — 2003 гг., в том числе в 2002 и 2003 гг. с участием автора.
Объем исследований был следующим: 1999 год - одна съемка в июне-июле; 2000 год - четыре съемки (июнь, июль, сентябрь, октябрь), 2001 год -две съемки (июль и октябрь); 2002 год - одна съемка (июль). В марте 2003 года на отдельных станциях выполнен полный комплекс ледовых и гидрологических наблюдений. Все наблюдения, кроме зимних, выполнены на одинаковой сетке станций. Анализ и обобщение результатов наблюдений выполнены в 2003 - 2004 гг.
В летне-осенний период измерения проводились со специализированных судов «Байкал-2» (ЗАО АПМП) и «Экопатруль-1» (Балтийская спецмо-ринспекция). В зимний период станции выполнялись со льда с использованием снегохода «Буран».
11
Для проведения наблюдений применялись следующие измерительные комплексы:
¦ ADCP - Допплеровские акустические профилографы скорости и направления течений производства США (ЗАО АПМП и ЦНИИ им. А.Н. Крылова);
¦ CTD - зонд "SeaMon", производства Исландии (ААНИИ);
¦ CTD - зонд "SeaBird" производства США (ЦНИИ им. А.Н. Крылова);
¦ СТО - зонд "YSI" производства США (ЦНИИ им. А.Н. Крылова).
При камеральной обработке данных натурных наблюдений использовались стандартные программные пакеты Surfer, Grafer и база данных ГУ ААНИИ.
Типовая схема станций приведена на рисунке 1.1. Кроме стандартных разрезов периодически выполнялись осевые разрезы и многосуточная станция в районе Приморска.
1.2 Метеорологические условия и климат
Метеорологические условия оказывают существенное влияние на формирование гидрологического режима пролива Бьеркезунд и на их трансформацию при взаимодействии с водными массами открытой части Финского залива. Климат описываемого района мало отличается от климата восточной части Финского залива и носит типичные черты морского климата умеренных широт, для которого характерны сравнительно небольшие колебания температуры в течение года, повышенные влажность и облачность и выпадение значительного количества осадков [17].
Зима довольно мягкая, с преобладанием пасмурной погоды и с частыми осадками. Сильные морозы бывают редко и обычно непродолжительны. Зимой преобладают ветры от S, SW и W, нередко достигающие силы шторма.
12
60.33
60.36
60.26
28.60
28.65 28.70
Долюта, град
28.75
28.80
Рисунок 1.1 — Схема расположения станций и разрезов пролива Бьеркезунд
Весна прохладная. Вторжения воздушных масс с Баренцева и Карского морей при ветрах от N и NE обусловливают довольно низкую температуру воздуха. Осадки выпадают реже, чем зимой, и штормовая деятельность ослабевает. В открытой части района повторяемость туманов наибольшая по сравнению с остальными сезонами года.
Лето обычно прохладное, жаркая погода бывает редко и продолжается недолго. Летом преобладают ветры от NW и N. Повторяемость туманов по сравнению с весной сокращается. В конце лета заметно увеличивается количество осадков, выпадающих преимущественно в виде ливней.
13
Осень теплая, сырая и ветреная. Преобладает влажная пасмурная погода с частыми продолжительными осадками, на побережье нередки туманы и штормы.
Ветровой режим зависит от характера распределения атмосферного давления по территории, его изменчивости в течение года и определяется устойчивостью, степенью развития и характером взаимодействия барических центров. В большей части района с сентября-октября по март-апрель преобладают ветры от SW, S и W. Кроме того, в это время довольно часты ветры от SE. С мая по июль - август наиболее вероятны ветры от NW и N. Из ветров других направлений чаще всего наблюдаются ветры от W. Большую роль играют местные условия (изрезанность и конфигурация берегов), под влиянием которых господствующие ветры претерпевают существенные изменения.
Средняя месячная скорость ветра с сентября по март 5-8 м/с, с апреля по август 3-6 м/с, причем скорость ветра на заливе несколько больше, чем на побережье. В летний период хорошо выражен суточный ход скорости ветра. Как правило, наиболее тихая погода наблюдается в ночные и утренние часы, днем же, особенно после полудня, ветер всегда усиливается, иногда скорость ветра достигает 9-12 м/с. Такая скорость ветра бывает обычно при вторжении в район Финского залива холодных воздушных масс с севера.
В отдельные годы средние месячные скорости ветра могут значительно отличаться от приведенных величин. Наибольшая скорость ветра в Приморске составляла 24 м/с (октябрь, ноябрь и декабрь 1955 года). Штили наблюдаются редко, повторяемость их с сентября по март составляет 1 - 3 % в месяц, а с апреля по август 4 - 9 %. Повторяемость штормов с сентября по март 5 -15 %, с апреля по август 1 - 2 %. Среднее годовое число дней со штормами колеблется от 7 - 11 до 76. Среднее месячное число дней с ними с сентября по март может достигать 4 — 8, а с апреля по август обычно не превышает 3.
Зимой максимум штормов приходится на январь. Весной штормы чаще всего отмечаются в марте. Летом штормов значительно меньше, чем в осталь-
14
ные сезоны. Осенью активность штормовых процессов значительная. Максимум штормов приходится на октябрь. В холодное время года штормовые ветры отличаются большими скоростями, чем в теплое, и в отдельных случаях продолжаются несколько суток, в основном, имеют юго-западное направление.
Сильные штормы не ежегодны. Направление штормовых ветров зависит от пути прохождения циклонов. При прохождении циклонов севернее Финского залива отмечаются штормовые ветры от S и SW с последующим переходом к W и NW. При прохождении циклонов южнее Финского залива наблюдаются штормовые ветры от NE и Е. Чаще всего штормовые ветры приходят от S и SW. Продолжительность штормов обычно сутки, но иногда (крайне редко) осенью достигает 2-3 суток.
1.3 Гидрологические характеристики
Типичной для летнего периода была структура термохалинных полей в 2001 году [18]. В период максимального прогрева и штилевых условий воды пролива имели слоистую структуру, которая характерна для восточной части Финского залива. При этом на глубине 8 — 12 м располагался устойчивый слой пикноклина, который в значительной степени определял циркуляцию вод в проливе. Для сравнительного анализа выбраны характерный горизонт 5 м, на котором анализируются горизонтальные распределения температуры и солености, 1-й (самый мористый) и 4-й разрезы, а также станция № 18. Аналогичные распределения выбраны и для осеннего периода.
1.3.1 Гидрологические условия в летний период
На глубине 5 м (рисунки 1.2, 1.3) в районе 12, 13 и 14 станций четко выделяется минимум температуры (18.2 °С) и максимум солености (1.195 %о), а рядом на 4-м разрезе вблизи станции 16а у северо-восточного берега распо-
15
ложен другой экстремум с максимумом температуры (20.4 °С) и локальным минимумом солености (1.30 %о). При этом абсолютный минимум солености (1.9 %о) расположен за фронтальной зоной на входе в пролив. Из этой картины видно, что ядро подъема вод располагалось вблизи станции 13. Это динамически активная зона, где вдоль склона дна мелководной косы, тянущейся от острова Равица, часто происходят вынужденные вертикальные движения, а между косой и материком расположен квазистационарный топографический вихрь.
На вертикальных распределениях температуры и солености вдоль 1-го разреза (рисунки 1.4, 1.5) хорошо заметно, что более теплые и распресненные воды находятся вблизи материкового берега, а холодные и более соленые -около о. Большой Березовый, т.е. в области несколько больших глубин. В частности, максимум глубин расположен на юго-западе пролива в районе станции 3, поэтому заток придонных вод здесь должен быть максимален. Пикнок-лин практически весь сосредоточен вблизи горизонта 10 м в слое толщиной 2 м, на верхней и нижней границе которого заметны динамические возмущения соответственно до глубин 5 и 15 м.
Четвертый разрез проходит через о. Равица (рисунки 1.6, 1.7). По существу на нем представлены два динамически разные района, изолированные друг от друга островом. Западнее в мелководном «закутке» между островами Равица и Большой Березовый пикноклин фактически лежит на дне из-за мел-ководности района. Восточнее острова Равица картина очень похожа на центр вихря в районе 3-го разреза, но только здесь возмущения границ пикноклина и даже его расслоение наблюдается близи берега материка в районе станций 16 и 16а. Это соответствует отмеченному в горизонтальных распределениях второму локальному экстремуму с максимумом температуры и минимумом солености.
16
60.38
60.26
28.6 28.65 28.7
----------------»¦ Долгота, град.
28.75
28 8
Рисунок 1.2 - Распределение температуры на горизонте 5 м по данным
15.07.2001
60.38
60.26
28.6
28.65 28.7
»- Долгота, град.
28.75
28.8
Рисунок 1.3 - Распределение солености на горизонте 5 м по данным 15.07.2001
17 |
