Значение водохранилищ для гарантированного водоснабжения

Назначение, классификации и специфика водохранилищ

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС

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 возведения плотины. В отдельных случаях водохранилища образуют путем создания выемки (наливные в.-копани); в приморских районах водохранилища 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-кли- матической системе — сохранение воды на суше.

Можно выделить восемь основных направлений использования водохранилищ.

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 немысли без водохранилищ. В них нуждаются как гидравлические (ГЭС) и гид~ аккумулирующие станции (ГАЭС), так и тепловые и атомные. ГЭС обязательное звено в единой региональной энергетической системе; он способны покрывать пиковые нагрузки. Без водохранилищ невозможн суточное, недельное и сезонное регулирование стока в интересах эне~ гетики и других отраслей хозяйства. Себестоимость выработки эле] энергии на ГЭС в 5—7 раз меньше, чем на тепловых станциях.

В то же время крупным водохранилищам ГЭС свойственны отр цательные экологические эффекты: затопление земель, переработ берегов, подтопление населенных пунктов, заболачивание, засоле ние, аридизация ландшафтов поймы реки в нижнем бьефе, измене ния в метеорологическом режиме прилегающей территории, туман" зимой в нижнем бьефе, региональная активизация движений земно коры, вызывающая небольшие землетрясения. Воздействие водохра нилищ тепловых и атомных электростанций связано с поступление' с водой добавочного тепла.

3. Значение водохранилищ для борьбы с наводнениями. Особенн эффективна их роль в областях муссонного климата (пример — водо хранилище Зейской ГЭС).

Создание небольших регулирующих водохранилищ (например, н Северном Кавказе) дает возможность в нижних бьефах гидроузло ликвидировать паводки и катастрофические наводнения. Однако cpei ка весеннего половодья имеет отрицательные последствия для сельё' кого хозяйства — не обеспечивается оптимальная весенняя влагозй рядка почвы, что ведет к остепнению пойм.

4. Значение водохранилищ для орошения. Предпосылкой развит орошаемого земледелия выступает наличие гарантированного запас воды. Создание таких водохранилищ, как Саратовское, Волгоград ¹ кое, Краснодарское, Каховское (Украина), Кайраккумское и Чарда ринское (Узбекистан) и др., позволило оросить миллионы гектаро* 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 двухчас вой езды до водохранилищ, которые использовали водоемы для от дыха. Водохранилища повышают рекреационную емкость и ценност" ландшафта.

Рекреационный потенциал водохранилищ в России используетсЯ< недостаточно. Основные причины такого положения: неудовлетвори­тельная очистка чаши водоема перед затоплением, цветение воды и интенсивная переработка берегов, затрудняющая размещение в при-4 брежной полосе учреждений отдыха и подступы к воде, слабое развит тие дорожно-транспортной сети.

6. Значение водохранилищ для рыбного хозяйства. Наиболее эф­фективны малые водохранилища рыбохозяйственного назначения, созданные в зоне влияния крупных городов (например, водохранили­ще Межура на р. Межиха в Калужской области). Создание крупных водохранилищ в принципе открывает возможности развития тувод- ных рыб, но рыбопродуктивность искусственных морей, за исключе­нием Цимлянского, ниже проектных значений.

Причина роста рыбопродуктивности водохранилищ не только в увеличении площади акватории, но и в смене транзитного режима стока вещества и энергии на транзитно-аккумулятивный. В результате в 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 заключается в увеличении протяженности трасс, ширины судового хода и ликвидации молевого сплава. Отрицательные последствия зарегулиро­вания стока для лесосплава заключаются в более сложных ветроволно- вых условиях, сокращении периода навигации, снижении скоростей течений (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, противоэрозион- ные, рекреационные и питьевые.

По приуроченности к макрорельефу выделяют равнинные, пре горные (низкогорные), горные и высокогорные водохранилища, положению в географической зоне — тундровые, лесные, лесосте ные, полупустынные и пустынные. Классификация водохранилищ указанным двум физико-географическим признакам важна для п- ведения типологии зон их влияния.

По характеру регулирования стока, а следовательно и колебани режима уровня, различают водохранилища многолетнего, сезонно месячного, недельного и суточного регулирования. Многолетнее ре лирование стока преследует цель аккумулировать излишек воды в м говодные годы для использования ее в маловодные, а в пределах кас да — для специальных попусков воды в нижележащие водохранили

В Волжском каскаде такими водохранилищами являются Рыби кое и Куйбышевское. Сезонное регулирование стока осуществляв на многих крупных и средних водохранилищах, где отметка норм" ного подпорного уровня (НПУ) достигается ежегодно, обычно ной, а затем идет сработка уровня.

К. К. Эдельштейн предлагает гидроэкологическую классификац водохранилищ:

♦ Водоемы повышенного качества воды — источники ком нального (питьевого) и технического (промышленного) доснабжения и водоемы рекреационного назначения.

♦ Водохранилища повышенной биологической продуктивно" используемые в рыбном и сельском хозяйстве, эвтрофиро ние которых, вызываемое обогащением воды органическ и биогенными минеральными веществами, не только не вр~ но, а скорее желательно для повышения рыбопродуктивно водоемов.

♦ Водохранилища, эксплуатируемые остальными отраслями, которых качество воды не имеет принципиального значе (например, водохранилища транспортного назначения, п_ тивопаводковые, для целей лесосплава и др.).

С позиций оценки влияния водохранилищ на прилегающую тер" торию огромный интерес представляет типология режима уровня хранилищ за теплый период года. Для равнинных водохранилищ (Ив ковского, Рыбинского, Горьковского, Новосибирского, Камского и выделены три типа колебаний уровня с несколькими подтипами:

1. В течение всего теплого периода уровень воды в водохрани" ще равен НПУ.

2. НПУ устанавливается на непродолжительное время в нач вегетационного периода, а с середины или конца июня п исходит снижение уровня.

3. В течение всего теплого периода уровень ниже НПУ на 1 —3 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 0 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 зико-географические и экологические последствия. Водохранили мощные аккумуляторы вещества, что обусловлено снижением ск стей течения и оседанием наносов из основной реки и притоков; поступлением материала от абразии берегов. В целом в нижний 5 сбрасывается не более 5-10% наносов, поступающих в водохран ще. Заиление горных водохранилищ идет намного интенсивнее, равнинных.

Другой крупный процесс, присущий многим водохранилища эвтрофирование. Эвтрофирование — это резкое увеличение биол ческой продуктивности водоема в результате повышенного посту ния соединений фосфора и азота, причем по мере накопления в доеме органических остатков содержание фосфора, азота, калия растает и с течением времени начинает превышать ПДК. В этом сл уже можно говорить о загрязнении водохранилища. Интенсивное менение минеральных и органических удобрений, гербицидов, де лиантов создало критическую гидрохимическую обстановку на v гих водохранилищах (Куйбышевском, Чардаринском, Каховс Краснодарском и др.).

Таким образом, водохранилища — полифункциональные объекты; здание которых рождает как объективные, так и субъективные пр " воречия в их использовании. С их строительством связаны долговре. ные и сложные геоэкологические проблемы, в связи с чем состав. ОВОС при проектировании крупных водохранилищ ГЭС— задача м плановая и междисциплинарная, в которой принимают участие г^J техники, гидрологи, геологи, физико-географы, лесоводы, биологи, экон" ты, юристы и др.

Дата добавления: 2014-11-29