Обоснование задачи

     В настоящее время одной из основных причин изменения климата считают антропогенную деятельность в пределах бассейнов речных экосистем. Все гидротехнические сооружения на реках служили основой для индустриализации страны. В частности, гибель природных ресурсов речных экосистем обусловлена неразумной гидротехнической политикой по управлению водными системами. Все проблемы лесов, воды, рыбы, почв, теплового загрязнения атмосферы и гидросферы, утраты биоразнообразия проистекают именно отсюда в связи с масштабностью связанных последствий на все сферы деятельности человека и окружающую природу. С каждым годом становится все меньше природы и больше окружающей среды.

      В связи с приоритетностью гидросферы по сравнению с остальными и масштабностью преобразований вызванной неразумной гидротехнической политикой с отдаленными последствиями на климатическом уровне именно эта сфера заслуживает первоочередного внимания для борьбы с негативными и неизбежными изменениями климата.

       Достаточно упомянуть  про тотальное уничтожение рыбного разнообразия и ресурсов в реках за какие-то полвека на всех реках Европы, про катастрофическую потерю плодородия почв из-за безграмотной мелиорации и освоения целинных земель, что привело к проблеме опустынивания в Европе, ликвидацию половины лесных массивов в Евразии за времена индустриализации как следствие наращивания энергетической вооруженности.  Вся история цивилизации была главным образом в поймах рек, и именно утрата пойменного плодородия и традиционного  рационального природопользования привела к урбанизации и потере сельского образа жизни, т.е. к бедности, несправедливости и аномальному социальному расслоению.

     Потеря человечеством природного образа  жизни привела к появлению понятия устойчивого развития в том смысле, что целью человечества является не обогащение за счет уничтожения природы, а искусство и неизбежность сосуществования со всем живым. И иной альтернативы нет – в противном случае человека ждет смерть как вида на мертвой планете с пустынями на земле и помойками в воде.

     Таким образом, основной направленностью усилий должна быть разумная водохозяйственная политика, направленная на реконструкцию и реанимацию речных экосистем как главного элемента земной поверхности, разделенной бассейнами рек. Для примера можно показать любую реку с отсутствием плотин, та же Амазонка или Конго, где еще кишит жизнь, и мертвые моря типа Аральского, до которой уже не доходят некогда великие реки Аму-Дарья и Сыр-Дарья, полностью разбираемые на орошение рукотворных пустынь. Умерли некогда богатые рыбой моря Азовское и Аральское. Между ними с разной степенью деградации находятся Европейские реки, на которых стоят плотины десятками и сотнями. Именно они и изменили климат не только в пределах измененного течения рек на болота с малой степенью проточности, но и окружающих территорий из-за негативных изменений в подземном гидрологическом режиме и связанных с  ними жизнью наземных экосистем и видов биоразнообразия.


Постановка задачи

     Имеется речная экосистема из связанной цепи водохранилищ из-за каскада плотин. В реке отсутствует проходная рыба из-за разрушенных плотинами и болотами водохранилищ миграционных путей. Нет регулярных половодий, что лишило в поймы плодородия земель, разнотравья, биоразнообразия водного и наземного, т.е. привело к обнищанию коренного населения, которое веками кормилось за счет ресурсов реки и поймы, трав и леса. Пошла устойчивая полоса маловодных лет и связанные с этим негативные процессы в экосистеме за счет измененного климата: опустынивание, отсутствие урожаев, оскудение рыбных промыслов и т.д.

      Следовательно, необходимо вернуть природные условия, обеспечивающие традиционное природопользование, а именно проточность потока воды в реке и регулярность залития пойм до приемлемых значений по минимум разрушений гидротехнических сооружений и плотин как на основных реках так и их притоках.

      Фактически необходимо восстановить проточность речной экосистемы до уровня обеспечивающей самостоятельный ход рыбы и режим заливных лугов регулярной повторяемости половодий


Основной критерий оценки состояния экосистем

     Катастрофическое состояние речных экосистем зарегулированных плотинами имеют  одну главную гидравлическую причину всех системных болезней, а именно - утрату проточности потока, что приводит как к утрате эндемичных видов животных и растений, так и изменению гидрологии и климата.   Поэтому излечение больной экосистемы возможно только в случае восстановления скоростей водного потока  до каких-то приемлемых уровней.

    Естественно, что от полного коллапса, который имеет место в настоящее время на зарегулированных реках, до освобождения русла от тромбов водохранилищ и плотин шаг небольшой и простой. Требуется ликвидация всех гидротехнических подпорных сооружений и через несколько лет самостоятельно экосистема реки восстановится сама по себе естественным образом, как и частично условия жизнеобитания растений и живых видов.

    Но есть и третий, промежуточный путь исцеления реки, с постепенным регулированием условий реконструкции гидрографического  режима регулярных половодий  с целью восстановления естественного природопользования в поймах рек. Он основан на единственном гидравлическом критерии обеспечивающем жизнь всей экосистеме реки, т.е. на существовании и обеспечении условий прохода осетровых по всему традиционному миграционному пути от моря до нерестилищ, которые располагаются выше плотин. Именно осетр является уникальным биоиндикатором жизни всей экосистемы, так как является наименее пластичным и долгоживущим видом, вершиной всей жизненной цепи видов бассейна от водных до наземных животных, включая человека.

   Таким образом, все качественные требования сводятся к системе условий к гидравлике миграционных путей. Миграционный тракт рыб в количественных показателях определяется величинами скоростей, которые рыба способна преодолевать на препятствиях при ходе на нерест, например, в отверстиях рыбопропускных сооружений на плотинах. А с другой стороны, нижним пределом скоростей потока на миграционных путях в водохранилищах является величина пороговой чувствительности рыб при минимальном значении скорости потока в водохранилище, которое мигрант способен чувствовать и инстинктивно выбирать направление движения на нерестилище.

   Решив одновременно эти две задачи по определению скоростей потока в русле реки, водохранилище и на плотине – по всему миграционному тракту, без каких-либо исключений, мы обеспечиваем благоприятные гидравлические условия по всему миграционному тракту от устья до нерестилищ, включая каскад плотин. Это точно также, как обеспечение рельсами и шпалами всего железнодорожного пути для проводки поезда. Имея своеобразный гидравлический паспорт состояния миграционного пути каждой реки в осях скорости потока и длины, мы можем решить уже и все задачи по обьему воды водохранилищах, компоновке гидроузлов и топонимике дна русла и поймы.

  Восстановление проточности воды по всему речному руслу с обеспечением возврата возможности самостоятельного хода мигрантов по всему миграционному пути вызовет и реанимацию всей поймы реки с ее луговой и лесной растительностью, с последующим возрождением и микроклимата, который со временем вернет и благоприятные естественные условия жизни для природы и человека во всем бассейне.



Техническая возможность решения задачи

      К настоящему времени появились современные технологии реконструкций миграционных путей проходных рыб в условиях зарегулированных русел, которые позволяют реализовать идею ненасильственного  и самостоятельного прохода рыбы через гидроузлы без их демонтажа и ликвидации. Эти технологии позволяют в краткие сроки переоборудовать неэффективные рыбопропускные сооружения и обеспечить заданные требования речных потоков, как на плотинах, так и в самих водохранилищах.

     Вся схема реконструкции климата упирается в технологии, способные обеспечить самостоятельный проход рыбы через плотины, если мы хотим их оставить в эксплуатации для судоходства, мелиорации или водоснабжения. К настоящему времени технологии пропуска рыбы через плотины получили новое воплощение. Рыбоходы, как их строили на заре гидротехники давно умерли по причине неспособности рыбы   найти в них вход и выйти из них в верхний бьеф гидроузлов. Попытка силой заставить рыбу идти в рыбопропускные шлюзы и перетаскивание ее через плотину на так называемых рыбоподьемниках и шлюзах цикличного действия длиной в полвека обернулась тотальным уничтожением всего живого в реке. И причина заключается в неспособности обеспечить непрерывность гидравлических условий потока на всем протяжении миграционного  тракта. Это все равно, что на железнодорожном пути местами нет шпал и рельс и вагоны надо перетаскивать тракторами через эти места.

      Только с появлением регуляторов переменной сквозности пришла техническая возможность обеспечения ненасильственного перехода рыбы, самостоятельно через плотины, так как расход потока идущий через них, по сравнению 2-3% от транзитного потока в рыбоходах, уже соизмерим с потоком в реке, и нет никаких препятствий ограничивающих или принуждающих рыбу в движении.

      Принципиально иная гидротехника основана на новых изобретениях и пригодна для пропуска всего биоразнообразия рыб через плотины.  Таким образом, в каскаде гидроузлов в эксплуатации останутся только низконапорные в несколько метров перепадом, удовлетворяющие системных требованиям к гидравлике миграционного пути рыб.  Видоизменение водохранилищ на русловой тип обеспечит как меньшую площадь испарения, так и призму наполнения поймы во время половодий, т.е. регулярный режим затопления и повышения плодородия почв, как это и было до зарегулирования рек. Такая промежуточная схема реконструкции экосистем позволит сохранить инженерную инфраструктуру и жизнь экосистемы реки в целом, обеспечивая биоразнообразие, проточность  и чистоту воды, восстановление климата и устойчивое развитие в его высшем понимании – совместное существование человека и природы. Предложенная схема реконструкции речных экосистем на основе бассейновой концепции устойчивого развития позволяет остановить негативное изменение климата, подтопление и опустынивание окружающих территорий с утратой биоразнообразия.