Гідробіологічний режим водойм-охолоджувачів

Видовий склад і чисельність гідробіонтів у водоймах-охолоджувачах енергетичних об'єктів України залежать від багатьох факторів, у тому числі і від джерел забору води.

При проходженні через теплообмінні системи частина організмів гине, а ті, що потрапляють у водойми- охолоджувачі, пристосовуються до нових умов середовища (загальне підвищення температури, швидкісні потоки води, зростання турбулентності та зміна якості води).

Бактеріопланктон. Підігрів води на 4—10 °С у порівнянні з місцем її забору призводить до підвищення кількісних показників бактеріопланктону, в тому числі співвідношення гетеротрофних, амоніфікуючих, нітрифікуючих і денітрифікуючих бактерій. Зростає чисельність бактерій у місцях скидання води внаслідок загальної температурної реакції мікроорганізмів, а також збільшується органічна маса через відмирання планктону після його проходження по теплообмінниках. У водоймах-охолоджувачах енергетичних об'єктів у місцях скидання підігрітих вод спостерігається збільшення загальної чисельності бактеріопланктону в 1,5—2 рази. У зонах змішування підігрітих і холодних вод, де відбувається зниження температури води, показники розвитку бактеріонланктону нижчі.

Різні групи бактерій по-різному реагують на підвищення температури води. Так, у водоймах- охолоджувачах у зоні підвищення температури води на 10 °С чисельність гетеротрофних бактерій зростає майже в 5 разів, бактерій з протеолітичними властивостями - в 3,5, а амоніфікуючих, нітрифікуючи і денітрифікуючих та колі-індексу — у 10 разів у порівнянні з не підігрітими ділянками.

Підвищення температури води до 35—40 °С може призводити до розвитку умовно патогенної і патогенної мікрофлори внаслідок інтенсивної деструкції органічних речовин і загибелі водяних тварин при перегріванні. Це погіршує санітарно-гідробіологічний стан водойм.

Фітопланктон. Флористичний склад фітопланктону водойм-охолоджувачів теплових і атомних електростанцій формується на основі фітопланктону, який надходить з джерел забору води на охолоджування. Стосовно водойм-охолоджувачів на території України — це найбільш поширені прісноводні евритермні види.

При проходженні через системи охолоджувальних агрегатів, коли різко підвищується температура води, деяка частина (від 9,8 до 29,0 %) найбільш холодолюбних та річкових форм водоростей, гинуть або різко гальмується їх розвиток. Особливо це виявляється у водоймах-охолоджувачах з оборотною системою водообміну.

При помірному підігріванні у водоймах-охолоджувачах немає стенотермних теплолюбних форм. Коли ж у водоймах створюється субтропічний температурний режим, можуть з'являтись водорості, характерні для субтропічного і навіть тропічного фітопланктону.

При середньорічному підвищенні температури води в водоймах-охолоджувачах на території України на 3,5—4,0 °С видове різноманіття фітопланктону зростає на 36 %, а при підігріванні на 9,5 °С і високому вмісті біогенних і органічних речовин — майже вдвічі.

Загальна реакція на підігрівання води виявляється у зростанні числа видів усіх таксономічних груп планктонних водоростей, причому в зимово-весняний період поряд з діатомовими продовжують розвиватися зелені (головним чином хлорококові) і синьозелені водорості.

Наприклад, у водоймі-охолоджувачі Київської ТЕС-5 взимку та навесні виявляється 50—70 видів водоростей, серед яких найбільше хлорококових, синьозелених, діатомових, евгленофітових, значно менше - динофітових, вольвоксових і зелених нитчастих водоростей.

Значення водоростей для тепловодних екосистем необхідно розглядати у трьох аспектах як фактор, що визначає якість води, як біологічну перешкоду у водопостачанні теплових і атомних електростанцій і як кормовий об'єкт для окремих таксономічних груп зоопланктону та важливий кормовий компонент для молоді і дорослих риб.

Основна маса первинної продукції утворюється фітопланктоном у поверхневому шарі води завтовшки до 1 м. Як свідчать спостереження, проведені на різних водоймах-охолоджувачах, на цій глибині утворюється від 38 до 68 % первинної продукції.

На глибини до 2 м припадає не більше 15—18 %. На відміну від більш холодних природних водойм, у водоймах-охолоджувачах на значно більш високому рівні формується первинна продукція фітопланктону в осінньо-зимовий і ранній весняний періоди. Поряд з цим у водоймах-охолоджувачах перебіг процесів деструкції органічної речовини значно інтенсивніший.

Фітобентос. У водоймах-охолоджувачах представлений мікро- та макроскопічними водоростями, які можуть утворювати різноманітні угруповання в прибережних ділянках. У зонах постійного обігрівання

придонних шарів води і ґрунту не вище 25 °С відзначається збільшення у 2—3 рази видового різноманіття і в 4—5 разів чисельності фітомікробентосу в порівнянні з не обігрітими ділянками.

У тих випадках, коли температура придонних шарів води постійно перевищує 25 °С, видовий склад фітобентосу збіднюється, зменшується чисельність і падає біомаса. Різні групи фітобентосу виявляють неоднакову чутливість щодо температури. Взимку і навесні, коли температура води помірно підвищена, домінують у водоймах-охолоджувачах діатомові, а максимум розвитку хлорококових водоростей припадає на весняний період. При загальному підвищенні температури води масовий розвиток синьозелених водоростей відбувається протягом всього весняно-літнього і осіннього періодів.

Фітообростання. Наявність у водоймах-охолоджувачах значних площ бетонованих, металевих та кам'яних твердих субстратів створює сприятливі умови для розвитку організмів перифітону, які розселюються на занурених у воду твердих предметах. Для різних водойм-охолоджувачів описано від 114 до 426 видів фітоперифітону. Серед них найбільш поширені діатомові водорості, менш представлені синьозелені, зелені, діатомові, золотисті та інші. Кількість видів та їх біомаса зростають від весни до літа, а з наближенням осені біомаса поступово зменшується.

В макрофітоперифітоні водойм-охолоджувачів розвиваються переважно нитчасті водорості. Найбільше поширені види роду Кладофора, їх біомаса на твердих субстратах може досягати 5,5 кг/м². Вони дуже чутливі до підвищення температури води: при 29 °С їх розвиток значно уповільнюється, а при 31 °С вони повністю зникають.

Вища водяна рослинність. Підвищення температури води та збільшення концентрації органічних і біогенних елементів сприяє заростанню мілководних водойм-охолоджувачів вищими водяними рослинами. Подовження періоду вегетації призводить до порушення фаз вегетації рослин та активації процесів фотосинтезу.

Більшість видів у зоні нагрівання води починають квітнути раніше, ніж у більш холодних частинах водойм. Раніше настає і період їх відмирання, протягом якого біомаса макрофітів істотно впливає на процеси само забруднення водойм.

Зоопланктон. Рівень кількісного розвитку зоопланктону у різних водоймах-охолоджувачах істотно відрізняється. Середньорічні показники біомаси зоопланктону становлять 1,1—6,2 г/м³. Найбільш продуктивні в цьому відношенні водойми-охолоджувачі Зміївської, Ладижинської, Криворізької, Курахівської та деяких інших теплових електростанцій.

Видовий склад зоопланктону у водоймах-охолоджувачах такий же, як і у природних водоймах, з яких вода подається на охолоджування енергетичних об'єктів. В той же час зміна температурного режиму істотно впливає на розвиток окремих його форм.

У водоймах-охолоджувачах на території України серед зоопланктону зустрічаються такі озерні види, як дафнія озерна, босміна горбата, лептодора хижа, діаптомус великий, діаптомус стрункий, а також безхребетні озерно-ставкового типу.

У водоймах-охолоджувачах можуть зустрічатись представники солонувато-водного комплексу — брахіонус складчастий, нотолка полосата (біпаліум), евритемора велокс, каляніпеда прісноводна. У тих водоймах-охолоджувачах, які поповнюють запаси води з дніпровських водосховищ, виявляються представники каспійської фауни (церкопагіс Пенго, корнігеріус меотикус). Для водойм-охолоджувачів характерним є наявність у зимовий період тих форм безхребетних, які в природа них водоймах зустрічаються тільки в найбільш теплі літні місяці. Це, зокрема, стосується таких зоопланктонтів, як дафнія велика, дафнія звичайна, діафанозома брахіурум, термоциклоп товстий, брахіонус бокалоподібний.

Чим довше існує водойма-охолоджувач, тим більш стабільним стає видовий склад зоопланктону, але кількість видів у ньому поступово зменшується. Зоопланктон найбільш багатий в охолоджувачах водосховищного типу.

Так, у весняний період у Ладижинському водосховищі чисельність зоопланктону при підвищенні темпе­ратури води до 10—13 °С зростає внаслідок інтенсивного розвитку коловерток, циклопів і діаптомусів, їх загальна біомаса досягає 2,6 г/м³, а влітку —ще вища. Із зниженням температури води у зимовий період загальна біомаса не перевищує 0,15 г/м³.

Максимальне зростання біомаси зоопланктону (4— 5 г/м³) спостерігається при підвищенні температури води до 20—25 °С. У Ладижинському водосховищі-охолоджувачі на найбільш прогрітих ділянках (температура 25—26 °С) чисельність дафнії довгохвостої досягає 300 тис. екз./м³, а біомаса— 53,8 г/м³, при середній біомасі по водосховищу 23,8 г/м³. При перегріванні води до 37—39 °С розвиток багатьох видів зоопланктону призупиняється і спадає їх біомаса, як це неодноразово спостерігається у водоймі- охолоджувачі Чорнобильської АЕС.

Біомаса зоопланктону у водоймах-охолоджувачах є важливим компонентом кормової бази багатьох видів риб. Встановлено, що найбільша рибопродуктивність у тепловодних рибних господарствах на базі водойм з високим рівнем розвитку зоопланктону.

Зообентос. Загальне підвищення температури води позитивно впливає на зообентос водойм- охолоджувачів. При температурі води і донного ґрунту 25 °С активізується розмноження олігохет, які представлені трубочниками, наядами тощо.

Створюються більш сприятливі умови для масового розвитку молюска дрейсени. Але на фоні цієї загальної тенденції на розвиток бентосних організмів у водоймах-охолоджувачах різного типу суттєво впливають інші екологічні фактори. Так, при високій швидкості протікання скидних вод у неглибокі водойми-охолоджувачі можуть зноситись бентосні організми.

Негативно впливає на розвиток зообентосу і перегрівання води. Особливо це небезпечно для неглибоких водойм-охолоджувачів, де підігріті скидні води поширюються на всю площу водойми і на всю її глибину. У глибоких водоймах, де підігріті води знаходяться лише у поверхневому шарі води, їх вплив на донну фауну несуттєвий і тому зообентос може розвиватись нормально навіть при значному підвищенні температури води влітку або при її зниженні в осінньо-зимовий період. Тривале перегрівання води вище ЗО—33 °С призводить до пригнічення донної фауни. Такі явища особливо часто спостерігаються у невеликих наливних водоймах-охолоджувачах з оборотною системою водовикористання.

Зооперифітон. Серед безхребетних у перифітоні водойм-охолоджувачів на території України зустрічаються губки, моховатки, малощетинкові черви, ракоподібні, черевоногі молюски. Реакція різних видів і груп тварин перифітону на підігрів води специфічна.

Підвищення температури води до ЗО °С позитивно впливає на ріст і розвиток олігохет, личинок хірономід і волохокрильців.

Іхтіофауна. Зміни температурного режиму в зонах скидання підігрітих вод теплових і атомних електростанцій істотно впливають на формування іхтіофауни, її поширення та сезонну динаміку. У водоймах-охолоджувачах та отеплених зонах водоймищ створюються сприятливі умови для масового розвитку таких малоцінних теплолюбних риб, як краснопірка, плоскирка, уклея, плітка тощо. У зонах поширення теплих вод найбільш зосереджується лящ, плітка, окунь.

Спостереження, проведені на Луганській ГРЕС, виявили чітку залежність поширення риб від температури води. Такі риби, як щука, плітка, головань, окунь, бичок, переважно знаходились навесні, влітку і на початку осені в зонах з темпаратурою близько 20°С, а плоскирка, лящ, лин, карась, короп, сазан, уклея, пічкур — у зонах з більш високий температурою води (22—28 °С). Підвищення температури води до 25—26 °С позитивно впливає на ріст ляща. При зростанні до 28—ЗО °С і вище показники темпу його росту уповільнюються.

Зміни видового складу іхтіофауни менше виявляються у великих водоймах-охолоджувачах, які мають прямі зв'язки з іншими водоймами і водотоками. В той же час у наливних ізольованих водоймах з оборотною системою використання води іхтіофауна бідніша.

Рибопродуктивність водойм-охолоджувачів залежить не тільки від їх температурного режиму та якості води, хоча ці фактори і відіграють дуже часто вирішальну роль у біопродукційних процесах, але залежить і від рівня розвитку гідробіонтів як кормових об'єктів для риб. Чітко простежується зв'язок між рибопродуктивністю водойм та ландшафтно-географічним положенням водойми-охолоджувача, його гідрологічним і термічним режимами, наявністю мілководних ділянок і зон заростання вищою водяною рослинністю.

Одним з найбільш рибопродуктивних водойм України є оз. Лиман (Харківська область), яке використовується як водойма-охолоджувач Зміївської ГРЕС. Біомаса зоопланктону в ньому протягом вегетаційного періоду становить в середньому 5,3—9,2, а в окремі місяці — 19—29 г/м³.

Поряд з добре розвинутим зоопланктоном у цій водоймі виявлено понад 65 видів організмів мікрозообентосу, серед них джгутикові, інфузорії, корененіжки, коловертки, нематоди, турбелярії.

Як важливий кормовий ресурс для риб зоопланктон оз. Лиман визначив і високу рибопродуктивність при вирощуванні коропів у плаваючих рибних садках, розташованих безпосередньо у водоймі. З їм² площі садків протягом ряду років у Лиманському рибному господарстві на теплих водах отримували більше 110—120 кг рибної продукції за сезон.

4. „Теплове забруднення" (термофікація) водного середовища

Вплив підігрітих вод на функціональний стан водних екосистем визначається рівнем підвищення температури. Крім позитивного впливу, про що відзначалось у попередніх розділах, реєструються і негативні наслідки перегрівання води, які характеризуються як „теплове забруднення" водного середовища. Найбільш негативний вплив на водні екосистеми підігріті води справляють при розташуванні ТЕС та АЕС у південних регіонах, де влітку і без того вода може нагріватись до 30 °С і вище. Внаслідок цього у водоймах посилюється пряма температурна стратифікація, формуються потоки води з різною щільністю. Взимку невеликі і неглибокі водойми-охолоджувачі не замерзають, а у великих — утворюються великі ополонки. По їх периферії вода має більш високу щільність, внаслідок чого виникають щільнісне і хімічне розшарування водних мас. Зони більш високого підігріву води характеризуються пониженим вмістом кисню та звуженням карбонатної рівноваги — в напрямі перенасичення води карбонатом кальцію (СаС0₃).

Вплив температури на водні екосистеми залежить від температури підігрітих вод та чутливості до неї різних угруповань гідробіонтів. Помірне підвищення температури води (24— 26 °С) сприяє зростанню видового різноманіття планктонних і бентосних організмів, інтенсифікації фотосинтезу водяних рослин (фітопланктону, макрофітів), завдяки чому зростає вміст розчиненого кисню у трофогенному шарі води, збільшується чисельність бактеріального населення в придонних шарах, а це сприяє деструкції органічних речовин та поліпшенню самоочисної здатності водних екосистем. Підвищення температури води до 28—32 °С для більшості видів водяних організмів є пороговим. У таких умовах можуть пригнічуватись метаболічні процеси у організмах окремих систематичних груп і зростати їх відмирання. В той же час чисельність сапрофітних та інших бактерій утримується на досить високому рівні, що забезпечує інтенсивну деструкцію органічних речовин. Внаслідок цього спадає вміст розчиненого кисню не тільки в придонних, а й у поверхневих шарах води. В умовах надмірного підвищення температури води (35— 40 °С) зникають цілі групи гідробіонтів (молюски: олігохети, хірономіди). При такій температурі відмирають і організми перифітону, що також спричиняє додаткове органічне забруднення водних об'єктів. Для кожного виду гідробіонтів існує свій інтервал адаптивних можливостей до змін температури водного середовища. Деякі організми можуть жити навіть у гарячих джерелах, де температура досягає 70 °С. Реакція на підвищення температури неоднакова у різних видів. Так, форель може витримувати підвищення температури води до 26—28 °С, але при цьому вона втрачає здатність до розмноження.

Висока температура водного середовища часто є причиною зниження опірності організму риб до паразитарних і інфекційних захворювань. Різко підвищується чутливість риб і безхребетних до токсичних забруднень, наприклад, у дафній при температурі 30 - 32 °С чутливість до міді і цинку підвищується в 10— 100 разів, а до кадмію — навіть на кілька порядків.

В екосистемах, що підпадають впливу теплового забруднення, виявляється значно менша кількість видів гідробіонтів у порівнянні з природними екосистемами, для яких характерні сезонні зміни температурного режиму.

Природні сезонні коливання температури дають змогу більшому числу видів домінувати в окремі сезони року, а відповідно і конкурувати за простір і кормові ресурси на певній ділянці водної акваторії. Коли ж „зрізаються" сезонні температурні-коливання води при температурному забрудненні, до таких умов пристосовується тільки обмежена кількість теплолюбних видів гідробіонтів, що і визначає спрощення біотичного різноманіття «перегрітих» водних екосистем.