Общий алгоритм расчета. На основе анализа связей гидрологических характеристик основной реки с продуктивностью экологических систем (гомеостатических кривых) или с характеризующими ее косвенными показателями определяются переломные точки в области маловодных лет и соответствующие им расходы (Q_кр) и объемы стока (W_кр), свидетельствующие о критическом состоянии экологических систем.
Определяются исторически минимальные расходы и объемы воды в самые маловодные годы (Q_ист и W_ист). В качестве исторически минимальных рекомендуется принимать, как правило, расходы и объемы воды 99% обеспеченности.
Сопоставлением критических расходов и объемов воды (Q_кр и W_кр) с исторически минимальными расходами определяется та часть стока, которая может быть изъята из водного объекта без ощутимого ущерба для естественного воспроизводства рыб и других гидробионтов в маловодные годы. Объем допустимого безвозвратного изъятия W_ди за год и отдельные периоды может быть выражен как:
W = W - W (1)
ди кр ист
При этом W_ди принимается постоянным для различной водности с объемом стока выше базового.
Сток базового года (W_б), т.е. минимальный сток, начиная с которого можно вести изъятие стока в размере W_ди равен:
W = W + W (2)
б кр ди
В маловодные годы со стоком ниже W_б допускается изъятие воды только для обеспечения приоритетных водопотребителей (хозяйственно-питьевого водоснабжения); при этом объем изъятия должен быть менее W_ди, т.е. в годы, когда W_кр < W_i(м) < W_б, величина W_ди(м) для расчетного створа будет равна:
W = W - W (3)
ди(м) i(м) кр
где W - маловодный год со стоком ниже W .
i(м) б
Исходя из установленной НДВиз, рассчитываются экологический сток (W_эс) и экологический попуск (W_эп).
В общем случае:
W (W ) = W - W (4)
эс эп i ди
где W - естественный сток в годы различной водности.
i
Внутригодовое распределение ЭС, ЭП, НДВиз в годы со стоком различной обеспеченности определяется в соответствии с их гидрографом условно-естественного (восстановленного) стока.
Если в отдельные периоды межени расчетное безвозвратное изъятие приводит к регулярному снижению скоростей течения до значений менее 0,2 м/с, обеспеченность W_ист должна быть снижена, и расчет повторен для меньшего значения W_ди до достижения приемлемых скоростей течения в межень.
Если на нижних участках реки не обеспечиваются экологические требования к объему стока, то допустимое безвозвратное изъятие речного стока в вышележащих створах определяются с учетом потребностей в воде нижележащих створов, т.е. часть объема водопотребления на одних участках должна возвращаться в гидрографическую сеть в пределах других ниже расположенных участков реки.
Критические объемы речного стока могут определяться двумя методами:
1. метод на основе анализа связей биологических и гидрологических характеристик состояния экологических систем;
2. метод на основе критических экологических параметров, основанных на использовании косвенных характеристик состояния экологических систем.
Метод анализа связей биологических и гидрологических характеристик состояния экологических систем.
Метод применяется для рек или их участков при наличии многолетних данных по ведущим параметрам гидрологического режима и различным показателям биопродуктивности экологических систем водных объектов и околоводных экологических систем. Он является основным для водных объектов или отдельных их участков, имеющих важное значение для воспроизводства массовых и ценных видов рыб.
Критериями оценки экологически допустимого объема безвозвратного изъятия речного стока служат показатели поколений и динамика численности или промысловый возврат рыб.
Нормативы допустимого экологически безопасного объема безвозвратного изъятия речного стока должны устанавливаются# дифференцированно для каждого водного объекта в разных створах. Основой для установления нормативов являются оценки влияния физико-химических и гидрологических характеристик на биопродуктивность экологических систем водных объектов и околоводных экологических систем, выбор наиболее значимых показателей и установление экологически допустимых и критических констант.
На основе многолетних данных устанавливаются эмпирические зависимости между "урожайностью" поколений (численностью) популяций, промысловым возрастом рыб (или других гидробионтов) и характеристиками гидрологического режима (объемы стока, его внутригодовое распределение в годы различной водности и др.) и находится уравнение связи между "урожайностью" поколений рыб (численностью сеголетков) и объемами годового и весенне-летнего стока (или стока за другие, экологически более значимые, периоды воспроизводства рыб).
Строятся теоретические и эмпирические кривые обеспеченности "урожайности" поколений рыб и по ним определяются показатели (границы) "урожайности". К высокоурожайным относятся поколения с более высокой численностью обеспеченностью менее 25%, к урожайным - 25-50% обеспеченности, к среднеурожайным - 50-75%, к низкоурожайным - более 75% обеспеченности.
По установленным границам ранжируются многолетние данные по "урожайности" поколений и соответствующему им годовому и весенне-летнему стоку. Рассчитываются средние величины данных показателей.
По полученным средним значениям численности поколений рыб, годового и весенне-летнего стока находится уравнение связи. На основе статистических критериев отбираются линейные и нелинейные уравнения, аппроксимирующие указанные зависимости. На основании полученных зависимостей определяются объемы стока, характеризующие оптимальные, нормальные условия, а также критические (W_кр), при которых естественное воспроизводство популяций рыб минимально.
При расходах и объемах воды ниже критических практически не регистрируется процесс естественного размножения основных водных организмов.
Для рек, впадающих в внутриматериковые водные объекты, находятся уравнения связи между годовым объемом стока реки (или показателем минерализации - соленостью воды, коррелирующей с объемом стока за несколько предшествующих лет) и численностью популяций, промысловым возрастом рыб, и определяется объем речного стока, который не обеспечивает устойчивые условия нагула молоди и половозрелых рыб в замыкающем гидрографическую сеть водном объекте (море, залив, лиман, озеро).
Метод, основанный на регрессионном анализе однофакторных зависимостей линейного и нелинейного видов, может быть дополнен многофакторным регрессионным анализом.
В качестве критической величины речного стока принимается величина, при которой общая численность популяций рыб снижается до уровня 50% среднемноголетней численности. Определение критической величины речного стока производится на основе анализа связи между величиной речного стока и показателем выживаемости молоди рыб, определяющей формирование общей численности популяций.
Метод "критических экологических параметров". Метод критических экологических параметров рекомендуется в случае отсутствия количественных зависимостей различных видов антропогенного воздействия на экологические системы водных объектов при нормировании безвозвратного изъятия речного стока и расчете экологического стока.
Компоненты экологических систем в бассейнах рек определяются в зависимости от экологически значимых элементов гидрологического режима, характеризующих состояние этих систем.
Для водотоков экологически значимый элемент гидрологического режима - скорость воды, в потоке;
для дельтовых озер - уровень и соленость воды;
для морей и их частей (лиманов, лагун) - соленость воды.
При нормировании безвозвратного изъятия речного стока и установлении экологического попуска (стока) учитываются также экологические требования к условиям естественного размножения рыб на русловых, пойменных и лиманных нерестилищах.
Экологические требования предполагают обеспечение следующих условий:
- объемов стока, достаточных для прохода рыб к местам нереста в период массового нерестового хода;
- объемов стока, достаточных для затопления необходимых площадей пойменных нерестилищ в требуемые сроки и с соответствующей температурой;
- продолжительности затопления нерестилищ, необходимой для достижения молодью рыб жизнестойких (покатных) стадий;
- объемов стока, гарантирующих скат молоди с пойменных нерестилищ в реку;
- состояние русла реки и поймы, процессы дельтообразования и др.