экологическая экспертиза дьяконов (практики). Дьяконов К. П., Дончева Л. В
 Скачать 34.78 Mb.
|
|
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС 12.1. Назначение, классификации и специфика водохранилищ Водохранилищами называют искусственные водоемы объемом более 1 млн м3 или естественные озера с гидрологическим режимом, измененным человеком. Их создают в долинах рек или чашах путем нозведения плотины. В отдельных случаях водохранилища образуют путем создания выемки (наливные в.-копани); в приморских районах подохранилища создают путем обвалования дамбами. Несколько водохранилищ на одной реке образуют каскад, что позволяет частично управлять водными ресурсами во времени и пространстве. Они представляют собой искусственно созданный природный объект, входящий в состав геотехнической системы. В мире создано более 32 тыс. водохранилищ, а в России эксплуатируется их более 2,22 тыс. Наиболее крупные водохранилища гидроэлектростанций, на которых в России ежегодно вырабатывается примерно 19% электроэнергии. Согласно расчетам Р. К. Клиге, для суши характерен отрицательный водный баланс. Сокращение объема подземных вод и озер в последней трети XX в. составило соответственно 108 и 38 км3/год, таяние ледников — 429 км3/год. Аккумуляция воды в водохранилищах, равная 32 км3/год, лишь на 5,5% компенсирует «обезвоживание» суши. Поэтому глобальная функция водохранилищ в современной гидро-климатической системе — сохранение воды на суше. Можно выделить восемь основных направлений использования водохранилищ. 1. Значение водохранилищ для гарантированного водоснабжения промышленных предприятий, городов и прочих населенных пунктов. По качеству воды и охранному режиму они подразделяются на четыре группы: питьевого назначения; созданные в основном для водоснабжения, но используемые одновременно и другими отраслями хозяйства; комплексные и одноцелевые, использование которых для водоснабжения не представляется возможным. 2. Водохранилища и энергетика. Современная энергетика немыслима без водохранилищ. В них нуждаются как гидравлические (ГЭС) и гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), так и тепловые и атомные. ГЭС обязательное звено в единой региональной энергетической системе; они способны покрывать пиковые нагрузки. Без водохранилищ невозможно суточное, недельное и сезонное регулирование стока в интересах энергетики и других отраслей хозяйства. Себестоимость выработки электроэнергии на ГЭС в 5—7 раз меньше, чем на тепловых станциях. В то же время крупным водохранилищам ГЭС свойственны отрицательные экологические эффекты: затопление земель, переработка берегов, подтопление населенных пунктов, заболачивание, засоление, аридизация ландшафтов поймы реки в нижнем бьефе, изменения в метеорологическом режиме прилегающей территории, туманы зимой в нижнем бьефе, региональная активизация движений земной коры, вызывающая небольшие землетрясения. Воздействие водохранилищ тепловых и атомных электростанций связано с поступлением с водой добавочного тепла. 3. Значение водохранилищ для борьбы с наводнениями. Особенно эффективна их роль в областях муссонного климата (пример — водохранилище Зейской ГЭС). Создание небольших регулирующих водохранилищ (например, на Северном Кавказе) дает возможность в нижних бьефах гидроузлов ликвидировать паводки и катастрофические наводнения. Однако среч ка весеннего половодья имеет отрицательные последствия для селы. кого хозяйства — не обеспечивается оптимальная весенняя влагозарядка почвы, что ведет к остепнению пойм. 4. Значение водохранилищ для орошения. Предпосылкой развития орошаемого земледелия выступает наличие гарантированного запас воды. Создание таких водохранилищ, как Саратовское, Волгоградское, Краснодарское, Каховское (Украина), Кайраккумское и Чарда ринское (Узбекистан) и др., позволило оросить миллионы гектаров сельскохозяйственных земель. Главное негативное экологическое по следствие — засоление земель. 5. Значение водохранилищ для рекреации. По данным А. Б. Авакян и В. Б. Яковлевой, на берегах водохранилищ проживало более 27 мл: чел. городского населения и более 50 млн чел. — в пределах двухчасовой езды до водохранилищ, которые использовали водоемы для отдыха. Водохранилища повышают рекреационную емкость и ценность ландшафта. Рекреационный потенциал водохранилищ в России используете недостаточно. Основные причины такого положения: неудовлетворительная очистка чаши водоема перед затоплением, цветение воды интенсивная переработка берегов, затрудняющая размещение в прибрежной полосе учреждений отдыха и подступы к воде, слабое развитие дорожно-транспортной сети 6. Значение водохранилищ для рыбного хозяйства. Наиболее эффективны малые водохранилища рыбохозяйственного назначения, созданные в зоне влияния крупных городов (например, водохранилищн Межура на р. Межиха в Калужской области). Создание крупных водохранилищ в принципе открывает возможности развития туводных рыб, но рыбопродуктивность искусственных морей, за исключением Цимлянского, ниже проектных значений. Причина роста рыбопродукта внести водохранилищ не только в увеличении площади акватории, но и в смене транзитного режима пока вещества и энергии на транзитно-аккумулятивный. В результате н водоеме возрастает кормовая база. Создание подпорных сооружений на крупных равнинных реках, в частности на Волге, принесло ущерб проходным и полупроходным рыбам, чему способствовало также увеличение сброса неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод, развитие водного транспорта (как фактор беспокойства и загрязнения), лесосплав и т.д. 7. Значение водохранилищ для водного транспорта. С созданием водохранилищ в несколько раз увеличивается длина и ширина судового хода, радиусы закругления, что дает возможность повысить на 10-15% скорость движения судов. Среди недостатков, присущих водному транспорту на водохранилищах, в сравнении с речным, отметим затраты времени на шлюзование и большую длительность ледостава весной. Недостатком создания ряда крупных водохранилищ в Сибири (например, Братского, Усть-Илимского и др.) является отсутствие шлюзов. 8. Положительный эффект от создания водохранилищ для лесосплава включается в увеличении протяженности трасс, ширины судового хода и ликвидации молевого сплава. Отрицательные последствия зарегулирования стока для лесосплава заключаются в более сложных ветроволновых условиях, сокращении периода навигации, снижении скоростей учений (для рек, по которым лес сплавлялся вниз по течению). Водохранилища — многопризнаковые объекты, в связи с чем существуют различные их классификации: по типу регулирования гидрологического режима, по назначению, принадлежности к природной зоне подзоне), по размерам (площади водного зеркала, глубине), генезису и морфологии чаши. По назначению водохранилища подразделяются на многоцелевые и специальные. Среди многоцелевых выделяются водохранилища приоритетно-комплексного назначения, когда приоритет отдается какой-либо отрасли (чаще всего энергетике или ирригации), и комплексного назначения (без ярко выраженного лидирующего направления в его использовании). Водохранилище специального назначения — это водно-транспортные, рыбохозяйственные, сельскохозяйственные, энергетические, лесохозяйственные, канализационные, противоэрозионные, рекреационные и питьевые. По приуроченности к макрорельефу выделяют равнинные, предгорные (низкогорные), горные и высокогорные водохранилища. По положению в географической зоне — тундровые, лесные, лесостепные, полупустынные и пустынные. Классификация водохранилищ но указанным двум физико-географическим признакам важна для проведения типологии зон их влияния. По характеру регулирования стока, а следовательно и колебаниям режима уровня, различают водохранилища многолетнего, сезонного, месячного, недельного и суточного регулирования. Многолетнее регулирование стока преследует цель аккумулировать излишек воды в многоводные годы для использования ее в маловодные, а в пределах каскада — для специальных попусков воды в нижележащие водохранилища. В Волжском каскаде такими водохранилищами являются Рыбинское и Куйбышевское. Сезонное регулирование стока осуществляется на многих крупных и средних водохранилищах, где отметка нормального подпорного уровня (НПУ) достигается ежегодно, обычно весной, а затем идет сработка уровня. К. К. Эдельштейн предлагает гидроэкологическую классификацию водохранилищ:
С позиций оценки влияния водохранилищ на прилегающую территорию огромный интерес представляет типология режима уровня водохранилищ за теплый период года. Для равнинных водохранилищ (Иваньковского, Рыбинского, Горьковского, Новосибирского, Камского и др.) выделены три типа колебаний уровня с несколькими подтипами: 1. В течение всего теплого периода уровень воды в водохранилище равен НПУ. 2. НПУ устанавливается на непродолжительное время в начале вегетационного периода, а с середины или конца июня происходит снижение уровня. 3. В течение всего теплого периода уровень ниже НПУ на 1-3 м и более. На стадии проектирования каждому водохранилищу определяется свой нормальный подпорный уровень. Это высший проектный уровень верхнего бьефа плотины, который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени. Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка в условиях нормальной эксплуатации, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным (это сливная призма водохранилища). Именно этот объем воды представляет собой ресурс, активно используемый различными отраслями хозяйства. В отдельные годы за счет интенсивного снеготаяния, интенсивных осадков и экстремальных сбросов воды из вышележащих в нижележащие водохранилища наблюдается временное повышение уровня до отметки форсированного подпорного уровня (ФПУ). На водохранилищах, используемых для водного транспорта или лесосплава, сработка уровня в период навигации ограничена уровнем, при котором речной флот по состоянию глубин может продолжать нормальную работу. Этот уровень называется уровнем навигационной сработки (УНС). Для ряда водохранилищ установлен минимальный санитарный уровень (МСУ), ниже которого качество воды не отвечает нормативным требованиям. В проектно-технической документации для водохранилищ принято выделять четыре зоны, каждая из которых характеризуется своим режимом уровня. 1. Зона постоянного затопления — вся акватория водохранилища при НПУ у плотины с учетом кривой подпора, соответствующей расходу воды Q 10% обеспеченности в главном притоке. 2. Зона периодического временного затопления та же, но при Q 5% обеспеченности. 3. Зона эпизодического временного затопления — вся площадь водохранилища, но при ФПУ у плотины и кривой подпора при Q5% обеспеченности. 4. Мелководная зона — часть водохранилища с глубиной до 2—2,5 м при НПУ. Гидроэкологическая ситуация и характер процессов в каждой из этих зон специфичны. Создание водохранилищ приводит к резкому снижению скорости водообмена в речных системах. По оценке Г. П. Калинина, на начало 70-х годов XX в. продолжительность водообмена в реках мира в связи с созданием водохранилищ возросла с 20 до 60 суток. Если использовать в качестве показателя интенсивности водообмена v — отношение Q/W, где Q — средний расход реки (водохранилища), W — запас воды в реке (водохранилище) то, например, на Рыбинском водохранилище этот показатель с 17 снизился до 1,4. Факт снижения интенсивности водообмена имеет огромные физико-географические и экологические последствия. Водохранилище мощные аккумуляторы вещества, что обусловлено снижением скоростей течения и оседанием наносов из основной реки и притоков и поступлением материала от абразии берегов. В целом в нижний бьеф сбрасывается не более 5—10% наносов, поступающих в водохранилище. Заиление горных водохранилищ идет намного интенсивнее, чем равнинных. Другой крупный процесс, присущий многим водохранилищам, - эвтрофирование. Эвтрофирование — это резкое увеличение биологической продуктивности водоема в результате повышенного поступления соединений фосфора и азота, причем по мере накопления в водоеме органических остатков содержание фосфора, азота, калия возрастает и с течением времени начинает превышать ПДК. В этом случае уже можно говорить о загрязнении водохранилища. Интенсивное применение минеральных и органических удобрений, гербицидов, дефолиантов создало критическую гидрохимическую обстановку на многих водохранилищах (Куйбышевском, Чардаринском, Каховском, Краснодарском и др.). Таким образом, водохранилища— полифункциональные объекты, создание которых рождает как объективные, так и субъективные противоречия в их использовании. С их строительством связаны долговременные и сложные геоэкологические проблемы, в связи с нем составление ОВОС при проектировании крупных водохранилищ ГЭС— задача много плановая и междисциплинарная, в которой принимают участие гидротехники, гидрологи, геологи, физико-географы, лесоводы, биологи, экономив ты, юристы и др. 12.2. Пространственно-временная организация сферы влияния водохранилищ В 60—70-е годы XX в. в связи с актуальностью проектов территориального перераспределения стока северных рек на юг возросло внимание к проблемам взаимодействия крупных равнинных водохранилищ с ландшафтами окружающей территории. Значительный вклад врешение этой проблемы внесли работы А. Б. Авакяна, С. Л. Вендрони К. Н. Дьяконова, А. Г. Емельянова, Ю. М. Матарзина, И. Г. Мельничеп ко, Г. С. Золотарева, Л. К. Малик, А. Ю. Ретеюма, В. М. Широкова В. М. Стародубцева, Р. С. Чалова, В. А. Шарапова, К. К. Эдельштейна В. Н. Экзарьяна и др. На основании этих работ составлена схема влияния водохранилищ на окружающую территорию (рис. 27).  Район верхнего бьефа Взаимодействие водохранилища с ландшафтами осуществляется через поверхностные и грунтовые воды, воздушные массы и животный мир. Переработка берегов водохранилищ (термин предложен академиком Ф. П. Саваренским в начале 30-х годов при проектировании водохранилищ Волжского каскада) определяется локальными и фоновыми физико-географическими факторами. 1. Первоначальным к моменту заполнения чаши водоема рельефом. 2. Степенью выветренности горных пород, их сопротивляемостью к размыву под динамическим воздействием волн, сопротивляемостью растворению» при смачивании. 3. Комплексом гидрометеорологических условий, среди которых определяющее значение имеют ветровой режим и продолжительность безморозного периода. 4. Комплексом химических и биохимических факторов, определяющих в конкретных условиях интенсивность «химической абразии» и карстовые провалы. Это актуально для побережий Камского, Усть-Илимского и ряда горных водохранилищ в Средней Азии и Закавказье.  5. Биологическими свойствами водоема, в частности интенсивностью развития планктона, гидромакрофитов. В значительных скоплениях они способны нейтрализовать ветровое волнение и тем самым резко уменьшить интенсивность процесса абразии и размыва дна. 6. Количеством наносов, поступающих в водохранилище, и их источниками. На крупных равнинных водохранилищах обычно 70% взвешенных наносов местного происхождения, за счет размыва дна на мелководьях и берегов. Остальное количество поступает с водосбора через притоки. В аридных районах возрастает роль атмосферного переноса пыли. 7. Амплитудой колебаний уровня грунтовых вод, смачиванием бровки и склонов береговых массивов атмосферными осадками, объемом и режимом талых вод. Коренное отличие водохранилищ от озер заключается в том, что от плотины вверх по бывшей реке новый водоем имеет несколько гидрологических зон, каждая из которых характеризуется специфическими гидро- и морфодинамическими особенностями и взаимодействием с ландшафтами прилегающей территории. С. Л. Вендровым выделено четыре зоны (рис. 28). Глубоководная нижняя зона, где при всех уровнях волнение развивается свободно, не взаимодействуя, за исключением прибрежной полосы, с дном. Динамические условия близки к морским или глубоководным озерам. Наносы аккумулируются только на глубине за пределами зоны сработки. Влияние на климат максимально. Промежуточная зона средних глубин в зависимости от положения уровня воды может быть либо глубоководной (при уровнях близких к НПУ), либо мелководной (при низких отметках уровня). Мелководная верхняя зона, где при любых положениях уровня сохраняются условия мелкого озера. Развитие волнения ограничено влитием дна. Волновая переработка берега малоинтенсивна. Здесь откладывается значительная часть приносимых рекой наносов и быстро формируется прибрежная отмель. Климатическое влияние ослаблено наблюдаются изменения в микроклимате. Зона выклинивания подпора, в которой даже при самом высоком горизонте воды сохраняются условия мелководного залива. По мере снижения уровня она обсыхает и становится «поймой» водохранилища. Активно идут эрозионно-аккумулятивные процессы. Развит процесс регрессивной аккумуляции, связанный со снижением скорости потока и отложением наносов. Еще выделяют разорванные ареалы зон небольших заливов, в которых идет процесс аккумуляции материала, поставляемого склоновым стоком. Классификация берегов по их генезису была разработана И. А. Печеркиным, С. Л. Вендровым и В. М. Широковым. Выделяют берега абразионные (обвально-осыпные, оползневые, закарстованные), аккумулятивные и устойчивые. Наибольший практический интерес предтавляют абразионные берега. Это связано с большой интенсивностью их размыва, особенно впервые пять лет существования водохранилища. Ширина зоны переработки берегов в конечную стадию составляет 200-300 м и более. Наиболее интенсивно абразия берегов идет на водохранилищах Сибири, что связано с криогенными процессами в условиях экстраконтинентального климата. Из общей протяженности берегов существующих и строящихся водохранилищ Сибири (30 тыс. км) около 10 тыс. км затронуты процессами их переработки. На развитие абразионных процессов на водохранилищах, расположенных в зоне многолетней мерзлоты, оказывают большое влияние термормокарстовые процессы. Для горных водохранилищ характерны свои особенности переформирования берегов, обусловленные малой ролью ветрового волнения, большой амплитудой колебания уровня (до десятков метров), преобладанием прочных горных пород. Большую роль играют геодинамические процессы, поставляющие материал в акваторию, — выветривание горных пород, осыпи, обвалы, оползни. В настоящее время протяженность абразионных, оползневых, осыпных, обвальных и других отступающих берегов составляет не менее 20 тыс. км, а объем ежегодно перерабатываемых горных пород — более 300 млн м3. Следует особо сказать о сравнительно недавно открытом виде влития крупных водохранилищ на окружающую геологическую среду. Они активизируют движения земной коры в сейсмически активных регионах, вызывая даже небольшие наведенные землетрясения. Зарегистрированы тектонические движения в районах создания водохранилищ Кариба, Гранвил, Мид, Нурекского и др. В прибрежной зоне водохранилищ происходят направленные изменения в положении зеркала грунтовых и почвенных вод. Наблюдаются два процесса: фильтрация воды в берег и подпор грунтовых вод со стороны водохранилища. Помимо направленных изменений отмечаются ритмические колебания, обусловленные в подзоне прямого гидрогеологического воздействия колебаниями уровня водохранилища. Ширина этой подзоны — 300-400 м. Далее следует подзона косвенного влияния, где сезонная ритмика увлажнения в первую очередь обусловлена метеорологическими условиями, но после создания водохранилища уже впервые 5-10 лет отмечен подъем зеркала грунтовых вод. Ширина этой подзоны может достигать 1-3 км, а в ослабленном виде проявляться на расстоянии до 5—6 км по долинам подтопленных рек и ручьев (Камское, Иваньковское и др. водохранилища) Анализ проектов создания водохранилищ ГЭС при их экспертизах показывает, что гидрогеологами (Г. Н. Каменский, В. М. Шестаков и др.) создана надежная методика расчета ширины зоны гидрогеологического влияния, а отдельные ошибки связаны с недоучетом местных ландшафтных условий. В районе верхнего бьефа водохранилища формируются зоны, подзоны и пояса влияния, образующие его сферу воздействия. |