Пространственно-временная организация сферы влияния водохранилищ

Назначение, классификации и специфика водохранилищ

ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ

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:

• Водоемы повышенного качества воды — источники комму­нального (питьевого) и технического (промышленного) во­доснабжения и водоемы рекреационного назначения.
• Водохранилища повышенной биологической продуктивности, используемые в рыбном и сельском хозяйстве, эвтрофирова-ние которых, вызываемое обогащением воды органическими и биогенными минеральными веществами, не только не вред но, а скорее желательно для повышения рыбопродуктивностм водоемов.
• Водохранилища, эксплуатируемые остальными отраслями, для которых качество воды не имеет принципиального значения (например, водохранилища транспортного назначения, противопаводковые, для целей лесосплава и др.).

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 Q 5% 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.

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).

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 76; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!