В соответствии с ГОСТ Р 59054-2020 «Охрана окружающей среды. Поверхностные и подземные воды. Классификация водных объектов» к малым и очень малым рекам относятся водотоки с площадью водосбора менее 20 000 км2 и среднемноголетним стоком межени менее 5 м3/с. При разработке проектной документации по рекультивации малых рек важно знать принципиальное отличие таких рек от «обычных» средних и крупных водотоков: малые реки сильнее повержены различным колебаниям климата, влияющим на их водность, и для них возможно полное пересыхание или перемерзание.
Основные элементы рек, рассматриваемые при проектировании рекультивации и реабилитации:
– пойма: часть речной долины, затапливаемая водой в паводки и половодья; мощность грунтов поймы (песков, супесей, суглинков, ила) достигает 10 м и более, и формируется в процессе отложения наносов, несомых рекой;
– плёс: глубокий участок, обычно на излучине русла;
– перекат: мелководный участок, обычно прямолинейный в плане;
– стрежень: линия наибольших скоростей и глубин в реке;
– долина реки: узкое и вытянутое углубление в земной поверхности, в основном образованное движением потока воды; формирование долин происходит тысячелетиями.
К условно чистым рекам можно отнести такие водотоки, химический состав воды в которых удовлетворяет санитарным и рыбохозяйственным требованиям, отсутствуют видимые признаки загрязнений, а имеющиеся биоценозы — неизменны в течение длительного времени.
Водные объекты (реки и пруды) Москвы:
синий цвет — существующие,
красный цвет — в коллекторах или несуществующие
Для городских территорий разработаны инженерные методы по рекультивации русел и долин малых рек. Но важно, что подготовленные на их основе проекты рекультивации требуют комплексного подхода. Это оборачивается повышенной капиталоёмкостью. Причина — высокая степень воздействия человеческой деятельности на малые реки:
1. Сброс загрязнений;
2. Градостроительное освоение площади водосбора и прибрежных территорий;
3. Агро- и лесотехнические мероприятия;
4. Зарастание, заиление, цветение;
5. Русловое регулирование (строительство прудов и водохранилищ);
6. Забор подземных вод;
7. Осушение болот;
8. Выпрямление русел;
9. Водопотребление (в т.ч. безвозвратное).
ЗАГРЯЗНЕНИЕ
Основной проблемой практически в любом проекте по реабилитации малой реки является её загрязнение. Загрязнение городских малых рек — одна из сложнейших инженерных проблем, вызванная огромным антропогенным воздействием городской среды на водные объекты. До начала урбанизации рассматриваемой территории решающую роль в очистке русла и поймы малых рек играло периодическое затопление поймы. Но процессы хозяйственного освоения земель останавливают этот механизм посредством:
– зарегулированности рек;
– снижения скоростей течения;
– увеличения глубин;
– избыточного осаждения взвешенных веществ;
– образования слоя температурного скачка;
– изменения биоценоза.
Основными источники загрязнения малых рек являются:
– неочищенные сточные воды промышленных предприятий и коммунальных объектов;
– неочищенные ливневые воды с городских территорий;
– систематическое попадание в реки ядохимикатов с сельхозугодий, отходов животноводства и т.п.
Малые реки обладают ограниченными регенерирующими возможностями, они наиболее подвержены воздействию хозяйственной деятельности. В результате в руслах малых рек и их поймах (если они ещё сохранились) происходит накопление органических веществ:
– фенолы летучие (повышают цветность, нарушают биоценоз);
– фенолы нелетучие (повышают цветность и мутность);
– спирты, альдегиды (тормозят нетрификацию);
– СПАВ ионогенные, сахара (изменяют кислородный режим, тормозят процессы разложения, образуют поверхностную плёнку);
– СПАВ неионогенные (тормозят нетрификацию, образуют поверхностную плёнку и пену);
– лигнин, сульфолигнин (повышают цветность);
– бензин, керосин, мазут, моторное топливо (образуют поверхностные плёнки и пятна, отравляют воду и почву).
Базовым инженерным мероприятием по решению проблемы загрязнения является расчистка русла и обеспечение условий для произрастания прибрежной растительности. Прибрежная растительность обеспечивает самоочищение водотока благодаря выделению кислорода и разложению загрязняющих веществ. Виды прибрежной растительности могут быть самыми различными. С целью классификации выделяют различные зоны такой растительности:
– подводная зона — характеризуется постоянным режимом затопления;
– тростниковая зона — характеризуется длительными периодами затопления (100―200 дней в течение года);
– зона древесно-кустарниковой растительности — характеризуется периодическими затоплениями;
– зона древесно-кустарниковой растительности с твёрдой древесиной — характеризуется очень редкими затоплениями (приурочиваемыми к паводкам и половодьям низкой обеспеченности).
ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЕ ОСВОЕНИЕ
Градостроительное освоение, как другой вид антропогенного воздействия, выражается в следующем:
– трансформация природного ландшафта;
– изменение гидрологического режима основания (включая его загрязнение);
– изменение микроклимата местности;
– разрушение природных биологических цепочек животного и растительного миров.
АГРО- И ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Распашка пойм оказывают чрезвычайно вредное воздействие на малые реки вследствие изменения гидрологического и гидрохимического режимов. В сравнении с распашкой существенно лучше выглядят сенокосы и выпасы — они дают мощный травяной покров, слабо подвержены эрозионным явлениям, содержат меньше вредных веществ.
ЗАРАСТАНИЕ, ЗАИЛЕНИЕ, ЦВЕТЕНИЕ
Одной из основных проблем малых рек, решаемых в проектах рекультивации, является зарастание таких рек водорослями, что часто сопровождается последующим заболачиванием. Причины как зарастания, так и заболачивания — высокие уровни подземных вод, продолжительное затопление в периоды паводков, высокий уровень в реке из-за подпоров от дамб и плотин, присутствие в русле стариц и западин, низкая пропускная способность русла (результат заиливания и т.п.). Методы предотвращения зарастания:
1. Интенсификация проточности — т.е. повышение расходов течения воды в реке;
2. Интенсификация роста и развития прибрежной растительности.
Интенсификация проточности представляет наибольшее значение для сохранения стабильного экологического равновесия малой реки. Именно от проточности зависит санитарно-биологическое состояние рекультивируемого водотока. Отсюда вытекает понятие необходимого минимального расхода — водоохранного расхода. Водоохранный расход — наименьший расход, который обеспечивает поддержание экосистемы реки. Снижение проточности приводит к преобладанию анаэробного разложения, аккумулировании органического вещества, дефициту кислорода. В итоге малая река разделяется на ряд разобщённых плёсов, на которых развивается биомасса водорослей. Проектные скорости течения должны быть не менее 0,5―0,6 м/с. При скорости воды менее 0,3 м/с и глубине меньше 2,5 м происходит зарастание водного зеркала высшими водными растениями. Отдельные участки реки могут начать превращаться в болота, где активизируются процессы торфообразования.
Важнейшим параметром для предотвращения зарастания также является содержание растворённого кислорода. Концентрация кислорода напрямую влияет на все биоценозы малой реки. Биоценозы — это сообщества, куда входят рыбы, водная растительность, микроорганизмы, водоросли и зоопланктон. Биоценозы обеспечивают устойчивый состав воды в реке. Кислород же задаёт скорость переработки органических веществ. Основные инженерные мероприятия по обеспечению нужной доли кислорода — конструктивно-компоновочные решения по перемешиванию воды (как в самой реке, так и в поступающих в неё сточных водах).