Физические методы

В системе мероприятий по реабилитации водных объектов для контроля развития водных растений успешно используется различные физические методы, начиная от простых методов механического удаления и искусственного затенения акватории, заканчивая передовыми инновационными подходами.

Средства механического удаления предназначены для борьбы с нежелательным чрезмерным развитием высших водных растений, за счет их полного или частичного устранения из водного объекта (рис. 2.2.3).
Средства представлены разнообразными ручными инструментами, такими как специальные косы (например, WeedGator™, WeedRazer™, рис. 2.2.4), грабли (WeedRaker™), вилы, а также различными электромеханическими устройствами, как под управлением человека (например, JensonLakeMower™, рис. 2.2.5), так и автономными, способными работать круглосуточно (WeedRoller™, LakeMaid™, BeachGroomer™, рис. 2.2.6, 2.2.7).
Удаление макрофитов из водоема значительно влияет на его трофический статус и позволяет снизить до 47% общую биогенную нагрузку на озеро. Например, в США изучалось влияние сбора макрофитов на состояние 32 озер, положительный результат был получен в 28 озерах. Кроме того, установлено оптимальное время для сбора растительности – до наступления старения биомассы, т.е. когда она максимальная (Прыткова, 2002).
Существуют специализированные плавающие комбайны, а также комбайны-амфибии (AquariusSystems™, TRUXOR™, MOBITRAC™), для удаления водных и прибрежных растений (рис. 2.2.8, 2.2.9).

Рис. 2.2.3. Пример использования средств механического удаления водных растений на озере (www.lakemower.com)

Рис. 2.2.4. Внешний вид и схема применения WeedRazer™ на водоеме (www.weedrazers.com)

Рис. 2.2.5. Внешний вид и применение JensonLakeMower™ на водоеме (www.lakemower.com)
Рис. 2.2.6. Техническое средство регулирования роста водорослей
в автоматическом режиме WeedRoller™ (www.weedroller.com)

Рис. 2.2.7. Техническое средство регулирования роста водорослей
в автоматическом режиме BeachGroomer™ (www.beachgroomer.com)

Рис. 2.2.8. Комбайн для сбора водных растений AquariusSystems™ 320 серии (www.aquarius-systems.com)
Рис. 2.2.9. Комбайн-амфибия для удаления прибрежной растительности TRUXOR™ (www.truxorusa.com)
К простым физическим методам можно отнести способ борьбы с «цветением» водоемов при помощи искусственного затенения, создаваемого либо искусственной преградой, либо растворением в водной толще специального колоранта.
Первый способ предполагает создание барьера на поверхности воды, препятствующего проникновению солнечного света, например при помощи черного полиэтилена частично распределенного по акватории или специального материала на определенном расстоянии от нее (рис. 2.2.10). Полиэтилен имеет плотность меньше чем у воды (0,92 г/см3), вследствие чего обеспечивается его плавучесть, использование якорных устройств, препятствует его смещению. (Cooke, 2005), необходимый эффект достигается при применении около месяца. В силу специфики использования данный метод не нашел широкого применения.

Рис. 2.2.10. Применение искусственного затенения над частью водоема,
Невада, США (Principles of design…, 2011)
Схожих целей можно добиться при помощи прибрежной древесно-кустарниковой растительности. Затенение, создаваемое таким образом, является не сплошным и сильно зависит от густоты кроны деревьев, т.е. это лишь дополнительная мера, препятствующая интенсивному развитию водных растений, особенно на литорали.
В качестве примеров специализированных колорантов можно привести PureBlue™ (рис. 2.2.11) и AquaShade™. Основой красителей являются безопасные для окружающей среды красители: синий E133 (Acid Blue 9 – C37H34N2Na2O9S3) и желтый E102 (Acid Yellow 23 – C16H9N4Na3O9S2).

Рис. 2.2.11. Пример применения колоранта PureBlue™ для коррекции состояния водоема (www.organicpond.com)
Помимо создания искусственного затенения, препятствующего протеканию процесса фотосинтеза и как следствие развитию водорослей, применение этих препаратов позволяет добиться эстетически приятного синего оттенка для водоема.
К числу физических методов контроля развития водных растений можно отнести мероприятия по искусственному регулированию уровенного режима водоема. Частичный или полный спуск воды из водоема, выполняемый в рамках данной процедуры, в первую очередь является результативным механизмом управления численностью высших водных растений (McComas, 2003); считается, что этот метод может являться эффективным мероприятием и для борьбы с «цветением» водорослей фитопланктона.
Регулирование уровня относится к числу недорогих методов. Осушение водоема также можно совместить с другими восстановительными процедурами: выемкой донных отложений, биоманипулированием и т.д.
Основной механизм действия данного метода состоит в том, что в результате понижения уровня воды, растения и их корневая система оказываются на воздухе, в результате чего происходит их высыхание. Также губительным для растений являются высокие или низкие температуры при выполнении процедуры в летнее или зимнее время соответственно, причем последний вариант считается наиболее эффективным. К преимуществам осуществления сработки водоема в предзимний период можно также отнести отсутствие распространения по открытым участкам донных отложений наземных растений и некоторых гидрофитов, а также минимизацию помех для рекреационной деятельности. Кроме того в весенний период наполнение спущенного водоема произойдет наиболее быстрыми темпами (Cooke, 2005).
Необходимо учитывать, что растения по-разному реагируют на колебания уровня воды: некоторые виды уменьшают свою численность, а отдельные представители, напротив, увеличивает свое обилие. Поэтому в водоемах с разнообразным растительным составом варианты осуществления этой процедуры (осушение и зимняя сработка, осушение и летняя сработка) могут
формировать оптимальные условия для развития одних видов и неблагоприятные для других, даже в пределах одного рода (табл. 2.2.1). Поэтому можно рекомендовать чередование вариантов осуществления этого метода.
Табл. 2.2.1. Характер поведения некоторых видов водных растений
при сработке водоемов: в течение целого года (Г), зимней (З), летней (Л) (Cooke, 2005)

Отсутствие возможности существенного регулирования уровенного режима преимущественно связано с особенностями хозяйственного использования водоема: использование для питьевого водоснабжения, энергетики, высокая рекреационная значимость и т.п. Проблемы также могут возникнуть при необходимости минимизировать негативные последствия для сообществ гидробионтов (в первую очередь бентоса и ихтиофауны).
К числу наиболее эффективных физических методов относится инновационная технология ультразвукового воздействия на водную толщу и содержащихся в ней водоросли. Для этих целей в мировой практике в настоящее время широко используются ультразвуковые излучатели (рис. 2.2.12), такие как SonicSolutions™ (США) и LG Sonic™ (Нидерланды). Ультразвуковые приборы успешно эксплуатируются в США, Канаде, Китае, Новой Зеландии, Нидерландах, Франции, Чили и Японии.

Рис. 2.2.12. Ультразвуковые излучатели SonicSolutions™ и LG Sonic™
Как показал опыт работы с данными приборами, ультразвуковые излучатели, установленные на водоеме, решают две основные задачи: уничтожают синезеленые водоросли (рис. 2.2.13, 2.2.14) и блокируют возможность последующего развития водорослей в водоеме.
Преимущества применения данного метода далее рассмотрены на примере приборов серии SonicSolutions™ (SS, www.sonicsolutionsllc.com).
Ультразвуковое излучение приборов SS ограничивает рост большинства планктонных, нитевидных водорослей, а также мешает образованию биопленки. В зависимости от модели приборов (модельный ряд от SS100 до SS600) диапазон воздействия ультразвука на синезеленые водоросли составляет
от 200 до 700 метров (рис. 2.2.15). Ультразвуковые частоты излучаются в воду в диапазоне частот от 20 до 60 килогерц, потребляемая мощность составляет 25 Вт от сети 220 вольт переменного тока или 24 вольта постоянного. Вес прибора с излучателем не превышает 8,5 килограмм.
Как показывают испытания всего модельного ряда приборов от SS100 до SS600, ультразвуковое излучение эффективно воздействует на водоросли и не наносит вреда другим сообществам водоема, а также рыбам, водоплавающим птицам и людям. Все приборы SS100-SS600 соответствуют стандартам безопасности здравоохранения и защиты окружающей среды (сертификат NSF/ANSI 61).

Рис. 2.2.13. Снижение концентрации хлорофилла под действием ультразвуковых волн SS (www.sonicsolutionsllc.com)
Уничтожение колоний синезеленых и зеленых водорослей с предупреждением их повторного развития осуществляется путем ультразвукового воздействия на всю толщу водоема. Для этой цели предусматривается установка по акватории водного объекта ряда ультразвуковых излучателей в зависимости от морфометрических параметров водоема (минимальная глубина водоема для установки – 60 см).

Рис. 2.2.14. Последствия воздействия ультразвуковых волн на водоросли:
1 – исходное состояние клеток, 2 – через две недели (www.sonicsolutionsllc.com)
Рис. 2.2.15. Области воздействия ультразвукового излучателя SS600 (www.sonicsolutionsllc.com)
Ультразвуковой прибор SS600 является самым мощным инструментом в линии приборов SS применяемых для регулирования роста водорослей в водоеме и их уничтожения. Эффективный диапазон воздействия прибора на водоросли составляет примерно 700 метров, что позволяет использовать SS600 на очень больших прудах и озерах.
Основными особенностями SS600 являются:
- могут работать в течение 24 часов в сутки;
- безопасны для других обитателей водоема;
- могут скрытно устанавливаться под поверхностью воды;
- имеют малое энергопотребление – менее 50 Вт, 220 или 24 В;
- могут использоваться в автономном режиме с солнечными панелями.
На рис. 2.2.16 приведена схема расположения приборов SS с указанием зон покрытия акватории озера ультразвуковым излучением в зависимости от морфометрических характеристик водоема.

Рис. 2.2.16. Варианты расположения ультразвуковых излучателей, в зависимости от морфометрических характеристик водоема и наличия препятствий (www.sonicsolutionsllc.com)
Процедуре размещения ультразвуковых излучателей на водоеме предшествует ряд подготовительных мероприятий:
 Проведение инженерно-геологических работ по обследованию мест установки ультразвуковых излучателей;
 Определение характеристик грунтов для обустройства точек расположения укрытий излучателей в прибрежной зоне озера;
 Составление и согласование проекта по установке ультразвуковых излучателей на водоеме, включая прокладку дополнительных кабелей питания устройств и установки системы сигнализации;
 Непосредственная установка излучателей с защитой, шеф-монтажом и настройкой.