Восстановление ручья или реки , также иногда называемое рекультивацией реки , представляет собой работу, проводимую для улучшения экологического состояния реки или ручья в целях поддержки биоразнообразия , отдыха, борьбы с наводнениями и/или развития ландшафта. [1]
Подходы к восстановлению ручья можно разделить на две широкие категории: восстановление на основе формы, которое опирается на физическое вмешательство в ручей для улучшения его состояния; и восстановление на основе процесса, которое выступает за восстановление гидрологических и геоморфологических процессов (таких как транспортировка осадка или связь между руслом и поймой ) для обеспечения устойчивости и экологического здоровья ручья . [2] [3] Методы восстановления на основе формы включают дефлекторы; поперечные лопасти; плотины, ступенчатые бассейны и другие конструкции для контроля уровня; спроектированные заторы из бревен; методы стабилизации берегов и другие усилия по переконфигурации русла. Они вызывают немедленное изменение ручья, но иногда не достигают желаемых эффектов, если деградация происходит в более широком масштабе. Восстановление на основе процесса включает восстановление поперечной или продольной связи потоков воды и осадка и ограничение вмешательств в коридоре, определенном на основе гидрологии и геоморфологии ручья. Иногда может потребоваться время, чтобы почувствовать положительные эффекты проектов восстановления на основе процесса, поскольку изменения в ручье будут происходить со скоростью, которая зависит от динамики ручья. [4]
Несмотря на значительное количество проектов по восстановлению водотоков по всему миру, эффективность восстановления водотоков остается плохо оцененной количественно, отчасти из-за недостаточного мониторинга . [5] [6] Однако в ответ на растущую осведомленность об охране окружающей среды требования по восстановлению водотоков все чаще включаются в законодательство в разных частях мира.
Восстановление ручья или восстановление реки, иногда называемое рекультивацией реки в Соединенном Королевстве, представляет собой комплекс мероприятий, направленных на улучшение экологического здоровья реки или ручья. Эти мероприятия направлены на восстановление рек и ручьев до их первоначального состояния или до исходного состояния в поддержку биоразнообразия, отдыха, управления наводнениями, развития ландшафта или комбинации этих явлений. [1] Восстановление ручья обычно связано с восстановлением окружающей среды и экологическим восстановлением . В этом смысле восстановление ручья отличается от:
Улучшение здоровья ручья может быть отмечено расширением среды обитания для различных видов (например, рыб, водных насекомых, других диких животных) и уменьшением береговой эрозии ручья , хотя береговая эрозия все чаще признается как способствующая экологическому здоровью ручьев. [7] [8] [9] [10] Улучшения могут также включать улучшение качества воды (т. е. снижение уровня загрязняющих веществ и увеличение уровня растворенного кислорода ) и достижение самоподдерживающейся, устойчивой системы ручья, которая не требует периодического вмешательства человека, такого как дноуглубительные работы или строительство сооружений по контролю за наводнениями или эрозией . [11] [12] Проекты по восстановлению ручья также могут привести к повышению стоимости недвижимости на прилегающих территориях. [13]
За последние десятилетия восстановление рек стало важной дисциплиной в области управления водными ресурсами из-за деградации многих водных и прибрежных экосистем, связанной с деятельностью человека. [14] Только в США в начале 2000-х годов было подсчитано, что на восстановление рек ежегодно тратилось более миллиарда долларов США, а в континентальной части страны было реализовано около 40 000 проектов по восстановлению. [15] [16]
Мероприятия по восстановлению ручья могут варьироваться от простого улучшения или удаления конструкции, которая препятствует естественным функциям ручья (например, ремонт или замена водопропускной трубы [18] или удаление препятствий для прохода рыбы, таких как плотины ), до стабилизации берегов ручья или других вмешательств, таких как восстановление прибрежной зоны или установка сооружений для управления ливневыми водами , таких как искусственные водно-болотные угодья [19] . Использование переработанной воды для увеличения потоков ручья, которые были истощены в результате деятельности человека, также можно считать формой восстановления ручья. [20] При наличии судоходных шлюзов они могут использоваться в качестве вертикальных щелевых рыбоходов для восстановления прохода рыбы в некоторой степени для широкого спектра рыб, включая плохо плавающих. [21]
Проекты по восстановлению ручьев обычно начинаются с оценки центральной системы ручьев, включая климатические данные, геологию , гидрологию водораздела , гидравлику ручьев , схемы переноса наносов, геометрию русла, историческую подвижность русла и записи о наводнениях. [22] Существует множество систем для классификации ручьев в соответствии с их геоморфологией. [23] Эта предварительная оценка помогает понять динамику ручья и определить причину наблюдаемой деградации, которую необходимо устранить; ее также можно использовать для определения целевого состояния для предполагаемых восстановительных работ, особенно потому, что «естественное» или ненарушенное состояние иногда больше не достижимо из-за различных ограничений. [3]
За последние десятилетия были определены два широких подхода к восстановлению потока: восстановление на основе формы и восстановление на основе процесса. В то время как первый фокусируется на восстановлении структурных особенностей и/или моделей, которые считаются характерными для целевой системы потока, последний основан на восстановлении гидрологических и геоморфологических процессов (таких как транспортировка осадков или связь между руслом и поймой) для обеспечения устойчивости и экологического здоровья потока. [2]
Восстановление потока на основе формы способствует изменению русла потока для улучшения условий потока. [3] Целевые результаты могут включать улучшение качества воды, улучшение среды обитания и численности рыб , а также повышение устойчивости берегов и русла. [6] Этот подход широко используется во всем мире и поддерживается различными государственными учреждениями, включая Агентство по охране окружающей среды США (US EPA). [2] [15]
Проекты восстановления на основе формы могут осуществляться в различных масштабах, включая масштаб досягаемости . Они могут включать такие меры, как установка внутрипоточных структур, стабилизация берегов и более значительные усилия по переконфигурации канала. Работа по переконфигурации может быть сосредоточена на форме канала (с точки зрения извилистости и характеристик меандра ), поперечном сечении или профиле канала (уклон вдоль русла канала). Эти изменения влияют на рассеивание энергии через канал, что влияет на скорость потока и турбулентность , возвышения поверхности воды, транспорт наносов и размыв, среди других характеристик. [24]
Дефлекторы обычно представляют собой деревянные или каменные конструкции, установленные у подножия берега и простирающиеся к центру ручья, чтобы концентрировать поток воды вдали от берегов. Они могут ограничивать эрозию берега и создавать различные условия потока с точки зрения глубины и скорости, что может положительно влиять на среду обитания рыб. [25]
Поперечные лопасти представляют собой U-образные конструкции из валунов или бревен , построенные поперек канала для концентрации потока в центре канала и, таким образом, уменьшения береговой эрозии. Они не влияют на пропускную способность канала и обеспечивают другие преимущества, такие как улучшение среды обитания для водных видов. Аналогичные конструкции, используемые для рассеивания энергии потока, включают W-образные водосливы и J-образные лопасти. [26]
Эти сооружения, которые могут быть построены из камней или дерева (бревен или древесных отходов), постепенно понижают высоту потока и рассеивают энергию потока, тем самым снижая скорость потока. [7] Они могут помочь ограничить деградацию русла. Они создают накопление воды выше по течению от них и условия быстрого течения ниже по течению от них, что может улучшить среду обитания рыб. Однако они могут ограничить проход рыб, если они слишком высоки.
Новая технология восстановления ручьев — установка заторов из искусственного дерева . [28] Из-за прокладки каналов и удаления плотин бобров и древесного мусора многие ручьи не обладают гидравлической сложностью, необходимой для поддержания устойчивости берегов и здоровых водных местообитаний. Повторное введение крупных древесных отходов в ручьи — это метод, который экспериментально опробуется в таких ручьях, как Лагунитас-Крик в округе Марин, Калифорния [29] и Торнтон-Крик в Сиэтле, штат Вашингтон. Заторы из бревен добавляют разнообразия в поток воды, создавая перекаты, лужи и температурные колебания. Большие куски древесины, как живые [29] , так и мертвые [30], играют важную роль в долгосрочной стабильности заторов из искусственного дерева. Однако отдельные куски древесины в заторах из бревен редко бывают стабильными в течение длительного времени и естественным образом переносятся вниз по течению, где они могут попасть в другие заторы из бревен, другие особенности ручья или человеческую инфраструктуру, что может создавать неудобства для использования человеком. [30]
Стабилизация берега является общей целью проектов по восстановлению рек, хотя эрозия берега обычно рассматривается как благоприятная для устойчивости и разнообразия водных и прибрежных местообитаний. [9] Этот метод может применяться там, где протяженность рек сильно ограничена или где инфраструктура находится под угрозой. [31]
Стабилизация берега достигается путем установки каменной наброски , габионов или путем использования методов рекультивации и/или биоинженерии, которые основаны на использовании живых растений для создания берегоукрепительных структур. По мере того, как новые растения прорастают из живых ветвей, корни закрепляют почву и предотвращают эрозию. [31] Это делает биоинженерные структуры более естественными и более адаптируемыми к меняющимся условиям, чем «жесткие» инженерные структуры. Биоинженерные структуры включают фашины , щеточные матрасы, щеточные слои и растительные георешетки. [32]
Реконфигурация русла включает в себя физическое изменение потока. В зависимости от масштаба проекта поперечное сечение русла может быть изменено, а излучины могут быть построены посредством земляных работ для достижения целевой морфологии потока. В США такая работа часто основана на Естественном проектировании русла (NCD), методе, разработанном в 1990-х годах. [33] [34] Этот метод включает в себя классификацию потока, который должен быть восстановлен, на основе таких параметров, как рисунок и геометрия русла, топография, уклон и материал ложа. За этой классификацией следует фаза проектирования, основанная на методе NCD, который включает в себя 8 фаз и 40 шагов. Метод основан на построении желаемой морфологии и ее стабилизации с помощью природных материалов, таких как валуны и растительность, для ограничения эрозии и подвижности русла. [15]
Несмотря на свою популярность, восстановление на основе формы подверглось критике со стороны научного сообщества. Распространенные критические замечания заключаются в том, что масштаб, в котором осуществляется восстановление на основе формы, часто намного меньше пространственных и временных масштабов процессов, вызывающих наблюдаемые проблемы, и что целевое состояние часто зависит от социальной концепции того, как должен выглядеть поток, и не обязательно учитывает геоморфологический контекст потока (например, извилистые реки, как правило, рассматриваются как более «естественные» и более красивые, тогда как местные условия иногда благоприятствуют другим моделям, таким как разветвленные реки ). [2] [9] [15] [35] Многочисленные критические замечания были также направлены на метод NCD со стороны речных геоморфологов, которые утверждают, что этот метод представляет собой подход «поваренной книги», иногда используемый практиками, которые не обладают достаточными знаниями о речной геоморфологии, что приводит к провалам проектов. Другим критическим замечанием является важность, придаваемая стабильности русла в методе NCD (и в некоторых других методах восстановления на основе формы), что может ограничить аллювиальную динамику потоков и их приспособляемость к меняющимся условиям. [15] [36] [37] Метод NCD подвергся критике за его неправильное применение в районе Вашингтона, округ Колумбия , к небольшим , покрытым лесом внутренним верховьям ручьям и водно-болотным угодьям, что привело к потере естественных лесных экосистем. [38]
В отличие от восстановления на основе формы, которое заключается в улучшении условий потока путем изменения его структуры, восстановление на основе процесса фокусируется на восстановлении гидрологических и геоморфологических процессов (или функций), которые способствуют аллювиальной и экологической динамике потока. [2] [3] [6] Этот тип восстановления потока приобрел популярность с середины 1990-х годов как более экосистемно-ориентированный подход. [39] Восстановление на основе процесса включает восстановление боковой связности (между потоком и его поймой), продольной связности (вдоль потока) и потоков воды и/или осадка, на которые могут повлиять плотины гидроэлектростанций, сооружения для контроля уровня, сооружения для контроля эрозии и сооружения для защиты от наводнений. [2] Восстановление дна долины олицетворяет восстановление на основе процесса путем заполнения русла реки и предоставления потоку возможности заново прорезать свое анастомозное русло, что соответствует «нулевой стадии» в модели эволюции потока. [40] В целом, восстановление на основе процесса направлено на максимизацию устойчивости системы и минимизацию требований к обслуживанию. [23] В некоторых случаях методы восстановления на основе формы могут сочетаться с восстановлением на основе процесса для восстановления ключевых структур и достижения более быстрых результатов, ожидая восстановления процессов для обеспечения адекватных условий в долгосрочной перспективе. [3]
Связность потоков с прилегающей к ним поймой по всей их длине играет важную роль в равновесии речной системы. Потоки формируются потоками воды и осадка из их водораздела, и любое изменение этих потоков (по количеству, интенсивности или времени) приведет к изменениям в равновесной форме плана и геометрии поперечного сечения, а также к изменениям водной и прибрежной экосистемы. Удаление или изменение дамб может обеспечить лучшую связь между потоками и их поймой. [2] Аналогичным образом удаление плотин и структур контроля уровня может восстановить потоки воды и осадка и привести к более разнообразным местообитаниям, хотя воздействие на сообщества рыб может быть трудно оценить. [3]
В ручьях, где существующие инфраструктуры не могут быть удалены или изменены, также возможно оптимизировать управление осадками и водой, чтобы максимизировать связность и достичь схем потока, которые обеспечивают минимальные требования к экосистеме. Это может включать сбросы с плотин, а также задержку и/или очистку воды из сельскохозяйственных и городских источников. [41] [42]
Другим методом обеспечения экологического здоровья водотоков при ограничении воздействия на человеческую инфраструктуру является определение коридора, в пределах которого водоток, как ожидается, будет мигрировать с течением времени. [10] [39] Этот метод основан на концепции минимального вмешательства в пределах этого коридора, границы которого должны определяться на основе гидрологии и геоморфологии водотока. Хотя эта концепция часто ограничивается боковой подвижностью водотоков (связанной с береговой эрозией), некоторые системы также интегрируют пространство, необходимое для наводнений с различными периодами возврата . [39] Эта концепция была разработана и адаптирована в разных странах мира, что привело к появлению понятия «коридор потока» или «речной коридор» в США [25] [43] [44], «место для реки» в Нидерландах [45] [46], « espace de liberté » («пространство свободы») во Франции [10] [47] (где также используется понятие «коридор, подверженный эрозии») и Квебеке (Канада), [39] [48] « espace réservé aux eaux » («пространство, зарезервированное для водотоков») в Швейцарии [49] [50] « fascia di pertinenza fluviale » в Италии [51] «речная территория» в Испании [52] и «освобождение пространства для воды» в Соединенном Королевстве. [10] Анализ затрат и выгод показал, что этот подход может быть выгодным в долгосрочной перспективе из-за более низких затрат на стабилизацию и обслуживание потока, меньших убытков от эрозии и наводнений, а также экологических услуг, предоставляемых восстановленными потоками. [48] Однако этот подход не может быть реализован в одиночку, если стрессоры масштаба водораздела способствуют деградации потока. [43]
В дополнение к вышеупомянутым подходам и методам восстановления, могут быть реализованы дополнительные меры, если факторы деградации потока происходят в масштабе водораздела. Во-первых, высококачественные районы также должны быть защищены. Дополнительные меры включают усилия по восстановлению растительности / лесовосстановлению (в идеале с местными видами); принятие лучших методов управления сельским хозяйством , которые минимизируют эрозию и сток ; адекватную очистку сточных вод и промышленных сбросов через водораздел; и улучшенное управление ливневыми водами для задержки / минимизации транспортировки воды в поток и минимизации миграции загрязняющих веществ. [2] [41] [42] Альтернативные объекты управления ливневыми водами включают следующие варианты:
В 2000-х годах исследование усилий по восстановлению рек в США привело к созданию базы данных National River Restoration Science Synthesis (NRRSS), которая включала информацию о более чем 35 000 проектов по восстановлению рек, реализованных в США [16]. Синтезирующие усилия также проводятся в других частях мира, например, в Европе. [53] Однако, несмотря на большое количество проектов по восстановлению рек, реализуемых каждый год по всему миру, эффективность проектов по восстановлению рек остается плохо количественно оцененной. [15] Эта ситуация, по-видимому, является результатом ограниченных данных о биофизических и геохимических контекстах восстановленных рек, недостаточной работы по постмониторингу и различных показателей, используемых для оценки эффективности проекта. [5] [6] [23] В зависимости от задач проекта восстановления, для полного достижения целей (восстановление популяций рыб, динамики аллювиальных отложений и т. д.) может потребоваться значительное время. Таким образом, хотя усилия по мониторингу должны быть пропорциональны масштабу решаемой ситуации, для полной оценки эффективности проекта часто необходим долгосрочный подход. [4] [23]
В целом эффективность проекта, как было установлено, зависит от выбора подходящего метода восстановления с учетом характера, причины и масштаба проблемы деградации. Таким образом, проекты масштаба досягаемости, как правило, не способны восстановить условия, первопричина которых лежит в масштабе водораздела, например, проблемы с качеством воды. [2] Кроме того, неудачи проектов иногда приписывались проектированию, основанному на недостаточной научной базе; в некоторых случаях методы восстановления могли быть выбраны в основном по эстетическим соображениям. [12] [54] Дополнительные факторы, которые могут повлиять на эффективность проектов восстановления рек, включают выбор участков для восстановления (например, участки, расположенные вблизи нетронутых участков, могут быть повторно заселены более эффективно) и объем вырубки деревьев и других разрушительных работ, необходимых для проведения восстановительных работ (которые могут иметь долгосрочные пагубные последствия для качества среды обитания). [55] Хотя участие общественности часто рассматривается как проблема, оно, как правило, считается положительным фактором для долгосрочного успеха проектов восстановления рек. [3]
Восстановление ручьев постепенно вводится в законодательную базу различных штатов. Примерами служат обязательство Европейской водной структуры по восстановлению поверхностных водоемов, [56] принятие концепции свободного пространства во французском законодательстве, [10] включение в швейцарское законодательство понятия пространства, зарезервированного для водотоков, и требования восстанавливать ручьи до состояния, близкого к их естественному состоянию, [49] и включение речных коридоров в планирование землепользования в американских штатах Вермонт и Вашингтон. [43] [44] Хотя эта эволюция в целом рассматривается научным сообществом положительно, некоторые высказывают опасения, что это может привести к меньшей гибкости и меньшему пространству для инноваций в области, которая все еще находится в стадии разработки. [2] [39]
Центр восстановления рек, базирующийся в Университете Крэнфилда , отвечает за Национальный реестр восстановления рек, который используется для документирования передового опыта в области восстановления, улучшения и управления речными руслами и поймами в Соединенном Королевстве. [57] Другие признанные источники информации о восстановлении рек включают NRRSS в США [58] и Европейский центр восстановления рек (ECRR), который содержит подробную информацию о проектах по всей Европе. [59] ECRR и проект LIFE+ RESTORE разработали основанный на вики перечень примеров восстановления рек. [53]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )