Геоэкологические аспекты управления водопользованием в Бассейне трансграничных рек

Краткое описание

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Теоретические основы управления водопользованием 12

1.1. Подходы к управлению природопользованием 12

1.2.Цели и задачи управления водопользованием 17

1.3.Принципы организации оценки состояния окружающей среды 20

1.4.Информационное обеспечение управления водопользованием 21 1.5. Особенности информационного обеспечения управления

водопользованием в бассейне трансграничных рек 25

2. Речной бассейн как система 27

2.1 .Модель эколого-экономической системы «Речной бассейн» 27 2.2.Природный блок системы «Бассейн реки Иртыш» в пределах

Казахстана 35

2.2.1. Общая характеристика территории 37

2.2.2. Рельеф и геологическое строение 38

2.2.3. Особенности климата 40

2.2.4. Речной сток 51 2.3.Основные виды антропогенных воздействий в системе «Бассейн реки

Иртыш» в пределах Казахстана 57

2.3.1. Масштабы и влияние регулирования стока 57

2.3.2 Структура водопотребления и водоотведения 60

2.3.3. Забор воды для межбассейнового перераспределения 64

2.3.4 Влияние промышленности на качество водных ресурсов 66

2.3.5 Воздействие на воды в результате сельскохозяйственной деятельности 74

2.3.6. Особенности воздействия на водные ресурсы жилищно-коммунального хозяйства региона 78

2.3.7. Положение «зависимых» водопотребителей 83

3

2.3.8. Проблемы обеспечения экологической устойчивости в

* казахстанской части бассейна реки Иртыш 86

3. Территориальный подход к организации информационного обеспечения

управлением водопользования 89

3.1. Принципы выделения эколого-экономических районов 90

3.2.Эколого-экономическое районирование казахстанской части бассейна р. Иртыш 92

%1 3.3.Реорганизация системы мониторинга 101

3.3.1. Существующая система мониторинга 102

3.3.2. Необходимые изменения в организации системы мониторинга 105

3.4.Организация Бассейновой ГИС 107

3.5. Построение карт оценки риска загрязнения 112

• ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125

Список использованной литературы 128

Приложение 144
Введение

4 ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Проблема водных ресурсов является одной из важнейших составляющих общей проблемы устойчивого развития. Важность достижения устойчивого водопотребления подчеркивается тем вниманием, которое отводится этому вопросу на многочисленных международных форумах. Нарастание общей нехватки, постепенное уничтожение и растущее загрязнение источников пресной воды отмечено в Повестке дня на 21 век, принятой в Рио-де-Жанейро в 1992 году [1]. Более тревожные заявления «о необходимости изменения коренным образом ситуации с управлением водными ресурсами, иначе в ближайшем будущем мир столкнется с жестоким водным кризисом» [цит. по 2] прозвучали на Всемирном водном форуме (Гаага, март 2000 года). В распространенном ООН к Всемирному Саммиту в Йоханнесбурге обзоре дается оценка, что к 2025 году две трети населения земного шара будут жить в странах, испытывающих умеренный или сильный стресс, связанный с дефицитом качественной воды [3].

Для Казахстана, который по объему речного стока относится к числу наименее водообеспеченных стран планеты, водный фактор является одним из определяющих, сдерживая развитие многих регионов страны. Так общий объем необходимого водопотребления составляет 54,5 км3, а располагаемый объем возможный к хозяйственному использованию в средний по водности год не превышает 46,0 км3. В маловодные годы общий объем водных ресурсов снижается до 58 км3, а располагаемый, соответственно, до 26 км3 [4]. Кроме того, распределение водных ресурсов по территории крайне неравномерно и обуславливает нестабильность и неравномерность водообеспеченности регионов и отраслей экономики. Недостаток водных ресурсов усугубляется их плохим качеством, которое практически для всех водных объектов республики оценивается как неудовлетворительное, а наиболее загрязненными признаны реки Урал, Иртыш, Нура и Сырдарья. На

5

многих месторождениях подземных вод также отмечается ухудшение их качества вследствие загрязнения. Истощение и загрязнение водных ресурсов отмечается в Концепции экологической безопасности Республики Казахстан среди наиболее опасных проявлений экологического кризиса в стране. [5]

Для достижения устойчивости водопользования необходимы, в первую очередь, преобразования в системе управления водными ресурсами. Как отмечено в Концепции развития водного сектора экономики и водохозяйственной политики Республики Казахстан до 2010 года, утвержденной в 2002 году, в настоящее время система управления водным хозяйством страны, созданная в условиях централизованной экономики, сильно устарела и требует кардинальной перестройки [6].

Наряду с разработкой нового системного подхода управления водопользованием для Казахстана также очень важна проблема трансграничного управления водопользованием. Поскольку из 100.5 куб. км, составляющих в средний по водности год ресурсы поверхностных вод Казахстана, только 56.5 км3 формируется на территории республики, а остальной объем поступает из сопредельных стран: Центрально-Азиатских государств, Российской Федерации и Китая.

В процессе совместного использования трансграничных водных объектов между государствами возникает множество проблем и спорных вопросов, в особенности, в оценке объемов и последствий оказываемого воздействия. Это обусловлено в большой мере отсутствием общепринятых методологий таких оценок.

Современная стратегия водопользования должна базироваться на сохранении устойчивого состояния экосистемы водосборного бассейна, и поэтому к управлению водопользованием необходим экосистемный подход. В настоящее время системный подход к управлению водными ресурсами еще не сформирован ни в Российской Федерации, ни в Республике Казахстан. Сохраняется тенденция раздельного планирования и управления различными социально-эколого-экономическими аспектами водохозяйственной

6

деятельности. Истощение водных ресурсов, нежелательное изменение речных экосистем вызвано тем, что вмешательство в них происходит без должного анализа возможных последствий.

«Экосистемный подход предполагает достижение главных целей водообеспечения и охраны вод при условии поддержания устойчивого экологического состояния как водоисточников (рек, озер, подземных горизонтов), так и природной среды бассейна в целом. Следовательно, принимаемые решения должны учитывать совместимость водохозяйственных мероприятий с естественным функционированием природных экосистем, вписываться в них» [7. с. 40] .

Проблеме управления водными ресурсами были посвящены труды многих исследователей. А. Б. Авакяна, О. Ф. Васильева, С. Л. Вендрова, А. М. Черняева, И. С. Шахова, Н. Б. Прохоровой, Л. М. Корытного и ряда других [8-17]. В Казахстане изучением гидроэкологических проблем занимаются Ж. Д. Достай, А. А. Турсунов, М. Ж. Бурлибаев, разрабатывающие в частности проблемы вододеления в Арало-Сырдарьинском бассейне [18,19]. Но хотя, большинство авторов в последних исследованиях все настойчивее указывают на необходимость применения геосистемного подхода в управлении водопользованием, тем не менее, он еще слабо используются.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационного исследования является разработка подходов к организации системы управления водопользованием в бассейнах трансграничных рек.

Для реализации обозначенной цели были поставлены следующие задачи:

- рассмотреть структуру эколого-экономической системы

Казахстанской части бассейна реки Иртыш;

проанализировать современное состояние информационного обеспечения в системе управления водопользованием;

7

- обосновать необходимость использования бассейновой ГИС в процессе управления водопользованием;

- предложить методику эколого-экономического районирования бассейна реки

- провести на основе предложенной методики эколого-экономическое районирование казахстанской части бассейна реки Иртыш.

Объект исследования - эколого-экономическая система бассейна реки Иртыш в пределах Республики Казахстан.

На выбор в качестве объекта исследования бассейна реки Иртыш повлияли следующие положения:

1. Река Иртыш является крупнейшей в Республике Казахстан и обеспечивает водой население и хозяйство не только в пределах своего бассейна, но и - через канал Иртыш-Караганда - огромную территорию маловодного Центрального Казахстана. Таким образом, от воды р. Иртыш зависит состояние экономики и здоровье населения крупного индустриального региона Казахстана, включающего в себя три области республики - Восточно-Казахстанскую, Павлодарскую и Карагандинскую, общей площадью более 836 тыс. км2 и численностью населения более 4 млн. человек, что составляет около четверти населения всей страны. Река Иртыш и канал Иртыш-Караганда питают водой 4 из 6 крупнейших городов Республики Казахстан, включая бурно растущую новую столицу г. Астана.

2. Река Иртыш, протекая по территории трех стран, выступает для Казахстана как транзитная во всех смыслах - и как приносящая свои воды из-за рубежа, и как стекающая за пределы станы, иллюстрируя, таким образом, проблемы, возникающие у государств, расположенных выше и ниже по водотоку.

3. Бассейн реки Иртыш является одним из высокоразвитых промышленных регионов Казахстана. Здесь сконцентрированы крупные предприятия чёрной и цветной металлургии: ОАО «Казцинк» (г. Усть-Каменогорск), АО «Алюминий Казахстана» (г. Павлодар), АО «Испат-

8

Кармет» (г. Темиртау), АО «Казахмыс» (г. Жезказган) и др. Эти предприятия, обеспечивая значительные поступления, в бюджет республики, в то же время оказывают существенное влияние на экосистемы реки Иртыш, состояние которой в целом, так же, как и качество воды, можно оценить как неудовлетворительное.

4. Предполагается расширение антропогенного воздействия за счет увеличения забора воды через строящийся канал Черный Иртыш-Карамай на территории Китая и расширения использования канала Иртыш-Караганда в Казахстане.

Предмет исследования - механизм управления водопользованием в пределах бассейна трансграничной реки.

Река Иртыш протекает по территории трех стран, каждая из которых имеет свои интересы в использовании водных ресурсов, определяемые спецификой природных и экономических условий этих стран.

Китай, имея избыточную плотность населения в обжитых восточных провинциях, заинтересован в освоении территорий в Синьцзян-Уйгурском автономном районе, что потребует расширения отвода воды из реки Черный Иртыш для промышленного водоснабжения, орошения новых посевных площадей и увеличения производства товарного зерна. В итоге это приведет к росту изъятия части стока и возможному загрязнению воды в результате сельскохозяйственной деятельности.

Казахстан имеет крупнейшие в стране гидроэнергетические комплексы, водохранилищами которых зарегулирован сток р. Иртыш. Развитие добычи и производства цветных металлов в зоне формирования основной части стока приводит к существенному ухудшению качества воды, тем не менее, воды р. Иртыш служат одним из основных источников питьевого водоснабжения для большой части населенных пунктов Республики Казахстан, включая крупнейшие промышленные центры. Часть стока р. Иртыш изымается

9

каналом Иртыш-Караганда для обводнения безводного Центрального Казахстана, причем это воздействие будет расширяться.

Россия, не испытывающая, на первый взгляд, недостатка водных ресурсов в этой части страны, тем не менее, уже имеет проблемы с водообеспечением второго по величине в Сибирском федеральном округе промышленного центра и населенного пункта - г. Омска. Одновременно существует угроза возможности судоходства, обеспечивающего важнейший для данного региона «северный завоз». Т.е. ставится под угрозу важная транспортная артерия, обеспечивающая нормальное функционирование расположенных ниже по течению территорий [20-22].

Уже существующие проблемы водообеспечения будут нарастать при намечающемся расширении антропогенного воздействия. Это может привести к обострению трансграничных отношений.

Методологические основы и методы исследования

Исходя из определения геоэкологии как интегрального научного направления, изучающего пространственно и системно организованные процессы и явления, возникающие в результате взаимодействия общества и природы, существует необходимость привлечения методов исследования из различных сфер: естествознания, обществознания и технознания [23, 24, 25]. Теоретическим фундаментом исследования послужили положения общей теории систем [26-31], концепции геосистем [32-37] и теории управления [38-43].

Учитывая, что экосистемы крупных рек, как и все геосистемы, обладают одним из важнейших свойств, на основе которого и должно строиться их изучение - территориальностью, одним из основных методов, используемых в работе, является экологическое картографирование.

Средством для выполнения картографического анализа послужила ГИС, разработанная и реализованная при непосредственном участии автора исследования.

10

Для определения структуры водопользования потребовалось собрать, обработать и проанализировать с применением методов математической статистики большой объем данных о формировании стока и использовании водных ресурсов в бассейне реки.

Климатическое районирование было выполнено на основе анализа средних многолетних показателей по месяцам температуры воздуха, осадков и влажности воздуха по 52 метеостанциям.

Характеристики стока основываются на анализе данных по 11 речным створам (6 на р. Иртыш и 5 на основных притоках) за период в среднем 25 лет.

Для анализа структуры водопользования были рассмотрены среднегодовые показатели за период с 1976 по 2002 гг.

Научная новизна.

В диссертации изложены полученные в ходе проведенного исследования результаты, научная новизна которых сводится к следующему:

Предложена концепция ГИС для управления устойчивым водопользованием в бассейне р. Иртыш.

Разработана методика составления карт экологической уязвимости вод для бассейнов крупных рек [44, 45].

Составлены карты экологической уязвимости для подземных и поверхностных вод казахстанской части бассейна р. Иртыш.

Разработаны и обоснованы принципы эколого-экономического районирования бассейна реки как средства для выделения иерархических уровней системы управления водопользованием [46].

Проведено эколого-экономическое районирование Казахстанской части бассейна р. Иртыш.

Предметом защиты являются следующие положения:

1. Бассейновая система управления водопользованием трансграничных рек должна основываться на комплексе методологических, метрологических,

11

правовых, технических и организационных мер, осуществляемых всеми странами с целью сохранения запасов воды и повышения ее качества.

2. Одним из основных принципов информационного обеспечения управления должен быть принцип территориальности.

3. Эколого-экономическое районирование бассейна реки должно осуществляться с учетом иерархических уровней управления и экологической уязвимости вод бассейна в соответствии с конкретными природными условиями их формирования.

4. Современное состояние эколого-экономической системы бассейна реки Иртыш не может считаться устойчивым, так как оказываемое антропогенное воздействие не обеспечивает повышения запасов воды и, в особенности, ее качества.

12

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЕЛНИЯ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ

1.1 Подходы к управлению природопользованием

Обсуждаемые в обществе в настоящее время варианты для выхода из экологического кризиса можно объединить в три направления:

1) Антропоцентрический подход, сторонники которого, Капица С. П., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г., убеждены, что проблемы отношений природы и общества порождены внутренними социальными факторами и будут решены в результате действия самоорганизационных сил в обществе [47].

2) Биотическое регулирование, как считает ряд авторов, - только оно может быть главным фактором в восстановлении баланса биосферы. В работах В. Г. Горшкова, В. И. Данилова-Данильяна, К. С. Лосева и др. считается, что роль человека заключается в сокращении своего влияния на окружающую среду [48-54].

3) Концепция устойчивого развития, которую в разных интерпретациях поддерживают А. Б. Вебер, Н. П. Ващекин, В. А. Лось, Н. М. Мамедов, Н. Н. Моисеев, В. А. Коптюг, А. Д. Урсул и др., предусматривает введение управления в отношениях общества с природой [55-65].

Наиболее оптимальным представляется, что при переходе к устойчивому развитию нельзя рассчитывать только на самоорганизацию в природе, либо на возможность прямого управления окружающей средой. Необходимо, с одной стороны, использовать механизмы самоорганизации биосферы, что позволит сохранить ее в качестве природной основы жизни, а с другой стороны, управлять природопользованием, что обеспечит устойчивость отношений природы и общества. Но управлять следует именно природопользованием как одним из видов человеческой деятельности, а не

13

природными процессами, которые регулируются биосферными механизмами и не могут быть управляемы.

Понятие природопользование имеет несколько различных трактовок:

Ю.Н. Кураковский, одним из первых работавший над этим понятием, определял его как науку о разработке общих принципов осуществления деятельности по использованию природных ресурсов [66].

Ряд авторов [67, 68] понимали под этим термином рационализацию использования природных ресурсов.

Большинство последних трактовок понимают под природопользованием практическую деятельность человека по использованию природных ресурсов. При этом некоторые авторы включают в понятие также ответную реакцию природы [69, 70] и даже институциональные и технологические структуры, обеспечивающие взаимодействие общества с природными объектами [71].

В данной работе принято под природопользованием понимать воздействие человеческого общества на природную среду, в котором выделяются два аспекта: изъятие (потребление) природных ресурсов и размещение отходов [72-74].

Для реализации процесса управления природопользованием необходимо создать систему управления природопользованием (СУПП), представляющую собой специализированный комплекс методологических, правовых, организационных и технических средств для осуществления процесса рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.

При формировании управляющих воздействия могут быть использованы различные подходы: детерминированный и стохастический. Первый основан на использовании кибернетического принципа обратной связи и позволяет влиять на установленные входы, в результате чего поведение системы меняется и достигается цель, определяемая по значениям на выходах. Такой подход можно использовать для отдельных, относительно

14

замкнутых систем, так как надо знать входы, выходы, а также семейство взаимозависимостей входов от выходов.

В том случае, если иерархическая система находится в состоянии неустойчивости, применяется стохастическое управление, которое предполагает, что для каждого уровня существуют внешние системы и внутренние подсистемы. При этом точки воздействия на управляемую систему выбираются по принципу доступности, вид воздействия по принципу возможности. Если воздействие существенно и результат ожидаемый, то оно должно быть продолжено; если воздействие существенно и результат не ожидаемый, то оно должно быть прекращено, а если воздействие несущественно, то необходимо менять его вид, либо выбирать новую точку воздействия [75].

Выбор принципов управления диктует и организационную структуру, обеспечивающую реализацию процесса управления. Детерминированный подход позволяет фиксировать обобщенные показатели (индикаторы), а также точки приложения управляющего воздействия. При этом считается, что система в процессе развития если и меняется, то предсказуема, а при разработке системы управления можно использовать принцип предварительного проектирования (программный принцип). Стохастический подход практически исключает возможность предварительного проектирования [76].

Выделяют два вида структур систем управления: централизованная и иерархическая [39].

В системе централизованного управления вся информация о состоянии каждого объекта управления и о внешних воздействиях на систему и отдельных ее частей поступает в центральный пункт управления, где вырабатываются управляющие воздействия для каждого из входящих в систему объектов. Она обладает большими минусами:

15

- в центральный пункт управления нужно собирать огромное количество разнообразной информации, обеспечить эффективную ее переработку и поиск оптимального режима работы системы.

- большая жесткость структуры, отсутствие пластичности вследствие того, что приспособление ее к изменениям, как случайным (флуктуации), так и выражающим эволюцию самой системы и окружающей среды, происходит не в отдельных частях системы, а лишь в центральном пункте управления.

Централизованное управление позволяет долгое время осуществлять стабилизацию системы, подавляя как флуктуации, так и эволюционные изменения в отдельных частях системы, не перестраивая ее. Но, в конечном счете, это может оказаться роковым для системы. Поскольку несвоевременное, с большим опозданием формирование новых идей организации - это путь эволюционных катастроф [77]. Примером такой эволюционной катастрофы может служить крах социалистического строя, основанного на жесткой централизованной системе управления.

Альтернативой может служить иерархическая структура системы управления, отличительной особенностью которой является последовательное расчленение управляемой системы на части (подсистемы) и установление между ними отношения соподчиненности. При этом управляющее устройство высшего ранга управляет крупными подразделениями системы, каждое из которых имеет свое управляющее устройство. Управляющие устройства низшего ранга должны решать относительно несложные локальные задачи управления. При этом на долю управляющих устройств следующего ранга остаются только те задачи управления, которые необходимо решать в целях согласования между собой работы элементарных объектов и которые могут решаться на основании менее детализированной информации о состоянии объекта.

Сведения о состоянии управляемой системы и отдельных ее частей передаются от систем более низкого ранга к системам более высокого ранга во все более обобщенном и систематизированном виде. При этом

16

управляющее устройство первого ранга получает наиболее подробную и конкретную информацию о состоянии объекта, а по мере перехода к уровню все более высокого ранга эта информация обобщается в соответствии с характером задач, решаемых этими устройствами. Команды управления в системах иерархической структуры вырабатываются управляющимся устройством высшего ранга в наиболее общей форме, и все более конкретизируются и детализируются по мере продвижения их к управляющим устройствам низших рангов.

При взаимодействии с такой сложной системой, как природная среда необходимо использовать именно иерархическую структуру управления, предполагающую распределение власти на всех иерархических уровнях социально-экологической системы в соответствии с разделением между этими уровнями управленческих (отношения система-компонент) и самоорганизационных (отношения объект-среда) функций. Соответственно, на каждом уровне необходим орган управления, который, с одной стороны, управляет компонентами системы своего уровня, а с другой, является управляемым компонентом со стороны более высокого уровня. При этом взаимодействие на одном уровне не требует и не допускает каких-либо актов управления, а происходит в форме согласования или координации.

В соответствии с логикой иерархических систем можно выделить следующие социоэкосистемные уровни, связанные с соответствующим субъектом управления: локальный, региональный, государственный и глобальный. Локальному уровню соответствует местное самоуправление, региональному - ассоциация с делегируемыми полномочиями государственного управления, государственному - государственное управление, глобальному - международное право и органы, его осуществляющие.

Учитывая сложность процесса взаимодействия с окружающей средой и в условиях отсутствия исчерпывающих представлений обо всех последствиях оказываемых воздействий, предпочтительнее использовать в управлении

17

принцип динамического целеполагания, смысл которого заключается в том, что нельзя сформулировать конечную цель как желаемый результат, можно говорить только о целевой тенденции (генеральной цели), в составе которой цель проходит несколько фаз.

Генеральная цель СУПП должна быть выражена в виде набора частных целей, которые должны последовательно достигаться:

1) оценка сложившейся ситуации

2) установление контроля над природопользованием

3) стабилизация экологического состояния

4) доведение состояния окружающей среды до нормативов и восстановление здоровой среды обитания человека,

5) охрана окружающей природной среды.

1.2 Цели и задачи управления водопользованием

Все сформулированные выше общие подходы к управлению процессом природопользования применимы к организации управления процессом водопользования, поскольку водопользование можно рассматривать как одну из составляющих процесса природопользования.

В мировой практике в настоящее время при разработке стратегии водопользования принято ссылаться на предложенную в 1992 году на Международной конференции по воде и окружающей среде в Дублине концепцию Комплексного управления водными ресурсами (КУВР). В марте 2000 года в ходе Второго Всемирного Форума по Воде в Гааге была принята Министерская декларация по охране вод в XXI веке. В этом документе КУВР определяется как база для принятия решений. В 2000 году ЕС принял рамочную Директиву, которая обязывает все страны-члены ЕС внедрить КУВР в течение нескольких лет. Технический Консультационный Комитет Всемирного Партнерства в области воды дает следующее определение КУВР: Комплексное управление водными ресурсами - это процесс,

Список литературы