Для рек с незарегулированным стоком определяется экологический сток (ЭС), т.е. экологически безопасный сток в конкретном створе при допустимом объеме безвозвратного изъятия речного стока, обеспечивающий нормальное функционирование экологических систем водных объектов и околоводных экологических систем.

Экологическую ценность имеют все гидрологические фазы, поэтому определение ЭС, ЭП и НДВиз относится ко всему гидрографу речного стока. Однако решающее значение для их определения имеют периоды половодья и паводков, когда в основном осуществляется воспроизводство биоты экологических систем, а также межени, когда создаются лимитирующие условия их функционирования.

Одним из основных условий при нормировании безвозвратного изъятия речного стока и установления экологического стока (попуска) является определение значений гидрологических параметров, характеризующих оптимальные, нормальные и критические условия функционирования экологических систем водных объектов и околоводных экологических систем.

Водные и околоводные системы могут функционировать при эпизодических снижениях объема стока ниже критического, что имеют место и в естественных условиях. Однако систематическое снижение объемов стока при антропогенных воздействиях может привести к деградации и гибели экологических систем. Поэтому установленный НДВиз должен обеспечить сохранение колебаний стока, максимально приближенных к естественным.

При оценке экологически допустимого изъятия стока рек необходимо исходить из основной предпосылки - сохранения экологически безопасного и устойчивого состояния экологической системы водного объекта, когда изменения структурно-функциональной организации происходят в пределах границ толерантности естественной стадии гидрогенеза и не подрывается способность природных комплексов к саморегуляции, самоочищению и самовозобновлению.

Методологической основой нормирования безвозвратного изъятия речного стока и установления экологического стока и экологического попуска является принцип устойчивого функционирования экологических систем водных объектов и околоводных экологических систем и сохранение условий естественного размножения организмов.

В качестве экологических критериев, которые учитываются и используются при разработке норм НДВиз, ЭП, ЭС и оценке степени нарушенности экологических систем приняты следующие :

- условия естественного размножения ихтиофауны и пойменной растительности;

- уровень биологической продуктивности экологических систем;

- структура сообщества рыб, в том числе соотношение ценных и малоценных видов рыб, темпы их роста;

- видовое разнообразие организмов, смена сообществ животных и растений;

- состояние русла реки и поймы, процессы дельтообразования и др.

В качестве основных параметров при разработке норм ЭС, ЭП, НДВиз используются:

- расход, сток и уровни воды, а также их внутригодовое распределение (гидрограф) в годы различной обеспеченности;

- сроки весеннего половодья и паводков; - площадь затопления поймы и дельты;

- характеристики водного режима русловых и пойменных нерестилищ (скорость течения, глубина, температура и др.);

- уровенный режим, соленость воды, площади нагула молоди и взрослых особей рыб и др;

- видовой состав, численность и биомасса планктонных и донных организмов, динамика численности популяций рыб, характеристики численности молоди конкретного года рождения ("урожайность" поколения), промысловый возврат (величина вылова рыб одного поколения в течение всего жизненного цикла), запасы и уловы промысловых рыб.

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.