Глава 5. Водные системы города

Гидрологический цикл в природе включает процессы: испарения воды с поверхности водоемов, конденсации водных паров в атмосфере, выпадения осадков, фильтрации через почву; проникновение в подземные водоносные пласты; всасывание, транспорт и транспирацию воды растениями, включение воды в биохимические процессы во всех живых организмах. Влияние городов на водные системы связано со значительным перерасходом водных ресурсов, а также с загрязнением воды, потерей водными экосистемами способности к самоочищению, изменением и обеднением их видового состава.

Живое вещество приблизительно на 90% состоит из воды. Ежегодно биота связывает в фотосинтезированном органическом веществе 60 млрд. т углерода и около 500 км³ воды [Голубев, 1999]. Растения Земли забирают из почвы, используют в метаболических процессах и затем транспирируют в атмосферу еще большее количество воды. Всего в биологической ветви гидрологического цикла участвует около 25% суммарного количества осадков, выпадающих на поверхность суши.

В процессе фильтрации через почву вода выпавших на поверхность осадков очищается. Но если почва загрязнена токсическими веществами, они могут вместе с фильтрующейся водой попасть в подземные воды, и затем – в родники, реки и т.д. Вода, как биокосное, тело формируется живыми организмами.

Жизнь городских водоемов зависит от качества воды. Во многих промышленных городах реки мертвы из-за высокого уровня загрязнения, причем это влияние распространяется на много километров вниз по течению.

Однако живое население водоемов с более низким уровнем загрязнения приспосабливается к этим воздействиям. По сравнению с естественными водными экосистемами, состав биоценозов городских водоемов изменяется. В нем преобладают виды, устойчивые к загрязнениям. Гидробионты играют большую роль в очищении воды. Например, в Воронежском водохранилище встречается более 300 видов водорослей, 67 видов высших водных растений, около 200 видов зоопланктона, более 170 видов зообентоса, 38 видов рыб. Подсчитано, что вся толща воды в Воронежском водохранилище может отфильтроваться за 4,2 суток только за счет активности зоопланктона [Животова, 1996, Негробов, 1997]. В фильтрации и в процессах разложения органических загрязнений (бытовые сточные воды, детрит и др.) участвуют многие организмы, живущие на дне водоема: моллюски, губки, ресничные черви, личинки насекомых, простейшие, бактерии, водоросли, водные высшие растения. Вблизи мест сброса сточных вод находятся скопления моллюсков, например дрейссены, которые играют роль биофильтров. Мелководные пруды и берега водохранилищ, занятые тростником и другими околоводными видами, являются удобными местообитаниями водоплавающих птиц, рептилий, амфибий, млекопитающих. Зеленые и влажные долины малых рек в городе служат естественными коридорами миграции и местами укрытия многих животных.

Видовая структура водных биоценозов и физиологическое состояние отдельных видов гидробионтов может дать полезную информацию о качестве окружающей среды. Растения и животные, фильтруя воду, накапливают в своих организмах токсические вещества. Донные животные являются надежными индикаторами качества воды и состояния всей водной экосистемы. Благодаря достаточной длительности их жизненных циклов, накопление токсических веществ в телах этих животных позволяет оценить характер и степень загрязнения проточного водоема. В стоячих водах прудов или в малопроточных водоемах надежными индикаторами биологической полноценности служат также планктонные (парящие в толще воды) мелкие организмы. Фотосинтетическая активность фитопланктона является при этом одним из важных показателей. Биологическая диагностика водоемов основывается на анализе состояния всей водной экосистемы, включая основные звенья биоценоза: водных высших растений, донных животных, водорослей, планктона, рыб, амфибий, личинок водных животных, микробных комплексов.

Часто используется так называемая «шкала сапробности», соответствующая способности организмов существовать и размножаться в водоемах, в различной степени загрязненных органическими веществами. В шкале выделяются группы организмов – полисапробов, обитающих в загрязненной воде, мезосапробов, переносящих среднюю степень загрязнения, и олигосапробов, предпочитающих чистые воды. Таким образом, по мере загрязнения водоемов изменяется состав и численность организмов разных групп; олигосапробные виды исчезают, преимущественно размножаются мезо- и полисапробы.

Антропогенное воздействие отражается также на значительном изменении водного баланса и гидрологического режима водоемов в городе и его окрестностях. Проблемы водоснабжения городов решаются за счет водозабора из поверхностных источников и за счет откачки глубинных подземных вод. Зачастую приходится также использовать искусственные водоемы – водохранилища и каналы для переброски части водостока из соседних территорий. На каждого жителя крупного города расход воды составляет от 300 до 600 л воды ежесуточно. На нужды промышленности и энергетики расходуется около 600 млн. м³ в сутки [Зарубин и др., 1977]. Дефицит пресной воды уже сейчас ограничивает развитие многих промышленных центров. Поступление и очистка воды в водопроводных системах города требуют расхода значительных средств.

Развитие города существенно влияет на структуру водных систем, объемы стоков в реках и ручьях. Исчезновение прибрежной растительности ведет к эрозии берегов, обмелению озер и рек, снижению уровня грунтовых вод. Засыпка оврагов и балок, бетонирование русел рек и превращение малых рек в подземные коллекторы меняет направление грунтовых вод, истощает родники, нарушает естественный дренаж территории. Откачка подземных вод приводит в ряде случаев к оседанию земной поверхности, образованию провалов и воронок. На территории Москвы за время ее существования исчезли около 800 малых рек, ручьев, прудов, болот, озер. Таким образом, исчезли местообитания многих видов животных и растений.

Создание искусственных водохранилищ также порождает целый комплекс экологических проблем, так как затопление территорий ведет к уничтожению пойменных биоценозов, в то же время вода в хранилище имеет измененный химический состав из-за гниющих растительных остатков, в ней активно размножаются цианобактерии, она становится непригодной для жизни многих гидробионтов.

Когда из рек отводят воду, болота вдоль их русел, не подпитываясь паводками, пересыхают, и это также ведет к исчезновению многих видов растений и животных. Болота в природе играют большую роль в очищении воды, просачивающейся сквозь их толщу в грунтовые воды. Болота являются регуляторами речного стока, они питают родники и реки. Кроме того, болота, обогащенные биогенами, представляют собой наиболее продуктивные экосистемы, служат местообитаниями многих диких животных.

Сброс бытовых сточных вод и смывание почвы, богатой органическими остатками, приводит к эвтрофикации водоемов – обогащению биогенами, в особенности азотом и фосфором. Это создает условия для быстрого размножения и затем отмирания фитопланктона, накопления детрита. Отмерший фитопланктон и крупные водоросли поступают в глубинную зону, где их потребляют редуценты. Процессы гниения водной растительности приводят к дефициту кислорода и вымиранию бентосных видов. Экосистема теряет устойчивость.

В результате антропогенного воздействия в p. Москве, по данным археологических и биологических исследований, полностью исчезли следующие виды рыб: русский осетр, стерлядь, каспийский лосось, таймень, белорыбица, каспийская минога. Исчезают и относятся к редко встречающимся такие виды рыб, как подуст, язь, елец, жерех, линь, красноперка, сом, налим и др. До сих пор многочисленны: плотва, лещ, серебряный карась, пескарь, окунь.

Вместе с тем появились акклиматизированные виды рыб: чехонь, белоглазка, карп, толстолобик, ротан, угорь, гуппи и др. Сейчас ихтиофауна p. Москвы насчитывает 37 видов [Соколов и др., 2000].

Полностью исчезли проходные рыбы, а также виды рыб, нуждающиеся в условиях рек с быстрым течением. Более многочисленны устойчивые к эвтрофикации рыбы – обитатели стоячих или слабопроточных вод.

В прибрежных зонах городских и пригородных водоемов Москвы резко сокращается разнообразие и обилие земноводных (осталось 9 видов) и пресмыкающихся (2 вида) [Леонтьева, 2000]. Представители герпетофауны обитают главным образом на периферии города, в местах, связанных с естественными водотоками там, где имеется луговая и лесная растительность, мелководные водоемы для размножения (амфибий) с пологими берегами, сохранение путей миграции в другие биотопы и мест укрытия (валежник, лесная подстилка).

Исчезновение многих ранее обычных для водоемов Москвы и Подмосковья видов рыб и амфибий связано с отсутствием условий для размножения и развития. Генетические дефекты и нарушения развития часто являются следствием загрязнения водоемов бытовыми и промышленными отходами. Как у амфибий, так и у рыб наблюдаются аномалии развития, приводящие к гибели или уродствам [Мелехова и др., 2000]. У плотвы в р. Москве, например, от 10 до 70% взрослых особей имеют те или иные морфологические дефекты: «рыбы-мопсы» с уродливым черепом, особи с искривлением позвоночника, слепые и одноглазые рыбы и т.п. [Соколов и др., 2000]. Химический анализ рыб из Москвы-реки показал накопление в их телах таких токсикантов, как нефтепродукты, тяжелые металлы, пестициды.