Получение и уяснение задания. Составление и утверждение календарного плана.
2
12.09
Изучение методического задания
3
14.09
Поиск информации
4
15.09
Оформление титульного листа. Написание содержания
5
23.09
Утверждение содержания
6
06.10
Написание введения и 1 главы
7
07.10
Обязательный контроль
8
9
10
11
12
13
14
15
Защита работы. Выступление с докладом
Люди очень давно научились использовать энергию воды для того, чтобы вращать рабочие колеса мельниц, станков, пилорам. Но постепенно доля гидроэнергии в общем количестве энергии, используемой человеком, уменьшилась. Это связано с ограниченной возможностью передачи энергии воды на большие расстояния. С появлением электрической турбины, приводимой в движение водой, у гидроэнергетики появились новые перспективы. гидроэнергетика среда микроклимат
По состоянию на 2011 год в России имеется 15 действующих, достраиваемых и находящихся в замороженном строительстве гидравлических электростанций свыше 1000 МВт и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.
При этом по экономическому потенциалу гидроэнергоресурсов Россия занимает второе место и мире (порядка 852 млрд. кВт ч.) после Китая, однако, по степени их освоения — 20% — уступает практически всем развитым странам и многим развивающимся государствам. Степень износа оборудования большинства российских гидростанций превышает 40%, а по некоторым ГЭС этот показатель достигает 70%, что связано с системной проблемой всей гидроэнергетической отрасли и ее хроническим недофинансированием.
Гидроэлектростанция ? это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию.
Гидроэлектростанции являются составной частью гидроузла — комплекса гидротехнических сооружений, предназначенных для использования водных ресурсов в интересах народного хозяйства: получения электрической энергии, ирригации, водоснабжения, улучшения условий судоходства, защиты от наводнений, рыбоводства и др.
Мощность гидравлического потока зависит от расхода и напора. Скорость потока воды в реке изменяется по ее длине с изменением сечения русла и гидравлического уклона. Для концентрации мощности и сосредоточения напора реки в каком-либо одном месте возводят гидротехнические сооружения: плотину, деривационный канал.
Плотина, перегородив реку, образует водохранилище, достигающее иногда таких больших размеров, что его называют морем. Таковы, например, Волгоградское, Цимлянское море, простирающиеся более чем на 100 км. Поверхность воды перед плотиной называется верхним бьефом, а за плотиной — нижним бьефом [1].
Водосбросные сооружения перепускают воду из верхнего бьефа в нижний во избежание превышения максимального расчетного уровня воды в период паводка, сбрасывает лед, шугу и т.п.
Если река судоходна, то к плотине примыкают шлюзы (судоподъемники) с подходными каналами для пропуска судов и плотов через гидроузел, перевалки грузов и пересадки пассажиров с водного на сухопутный транспорт и пр.
Для обеспечения отбора и подачи воды неэнергетическим потребителям в состав гидроузла входят водоприемные сооружения и насосные станции.
Рыбохозяйственные сооружения — это рыбоходы и рыбоподъемники для пропуска через гидроузел ценных пород рыб к местам постоянных нерестилищ, рыбозащитные сооружения и сооружения для искусственного рыборазведения. Иногда рыбу пропускают через шлюзы в процессе шлюзования судов.
Для связи объектов гидроузла между собой, соединения их с сетью государственных автомобильных и железных дорог, а также для пропуска этих дорог через сооружения гидроузла строят транспортные сооружения: мосты, дороги и др.
Для выработки электроэнергии и ее распределения потребителям в состав гидроузла входят различные энергетические сооружения. К ним относятся: водоприемные устройства и водоводы, подводящие воду из верхнего бьефа к турбинам и отводящие воду в нижний бьеф; здание гидроэлектростанций с гидротурбинами, гидрогенераторами и трансформаторами; вспомогательное механическое и подъемно — транспортное оборудование; пульт управления; открытые распределительные устройства, предназначенные для приема и распределения энергии.
Принцип действия ГЭС заключается в следующем: плотина образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды. Вода входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает гидротурбину, которая приводит в действие гидрогенератор. Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям.
Напор создаётся концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Деривацией в гидротехнике называют совокупность сооружений, осуществляющих отвод воды из реки, водохранилища или другого водоёма, транспортировку её к станционному узлу ГЭС, насосной станции, а также отвод воды от них. Различают деривацию безнапорную и напорную. Напорная деривация — трубопровод, напорный туннель, применяется, когда колебания уровня воды в месте её забора или отвода значительны. При малых колебаниях уровня может применяться как напорная, так и безнапорная деривация. Тип деривации выбирается с учётом природных условий района на основании технико-экономического расчёта. Протяжённость современных деривационных водоводов достигает нескольких десятков километров, пропускная способность более 2000 м 3 /сек. Основное энергетическое оборудование размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции — гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию. По установленной мощности различают мощные (свыше 250 МВт), средние (до 25 МВт) и малые (до 5 МВт).
Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего расхода воды Q (м3 /сек)), используемого в гидротурбинах, и КПД гидроагрегата.
По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м).
На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации — до 1500 м.
Одними из самых важных составляющих ГЭС считаются гидрогенераторы и гидротурбины [2].
Основные преимущества гидроэнергетики очевидны. Разумеется, главным преимуществом гидроресурсов является их возобновляемость: запас воды практически неисчерпаем. При этом гидроресурсы значительно опережают в развитии остальные виды возобновляемых источников энергии и способны обеспечивать энергией большие города и целые регионы.
Кроме того, пользоваться этим источником энергии можно достаточно просто, что подтверждается длительной историей гидроэнергетики. Например, генераторы гидроэлектростанций можно включать или выключать в зависимости от энергопотребления.
В то же время достаточно спорным является вопрос о влиянии гидроэнергетики на окружающую среду. С одной стороны, эксплуатация гидроэлектростанций не приводит к загрязнению природы вредными веществами, в отличии от выбросов СО 2 , производимыми ТЭС и возможными авариями на АЭС, которые могут понести за собой глобальные катастрофические последствия.
Но в то же время образование водохранилищ требует затопления значительных территорий, зачастую плодородных, а это становится причиной негативных изменений в природе. Плотины часто перекрывают рыбам путь к нерестилищам, нарушают естественное течение рек, приводят к развитию застойных процессов, снижают способность к «самоочищению», а следовательно резко изменяют качество воды.
Себестоимость производимой энергии на ГЭС гораздо ниже, чем на атомных и тепловых электростанциях, и они способны быстрее выходить на режим выдачи рабочей мощности после включения, однако их строительство обходится дороже.
Современные технологии производства гидроэлектроэнергии позволяют получать довольно высокий КПД. Иногда он в два раза превышает аналогичные показатели обычных теплоэлектростанций. Во многом такая эффективность обеспечивается особенностями оборудования гидроэлектростанций. Оно очень надёжно, да и пользоваться им просто.
Кроме того, всё используемое оборудование обладает ещё одним важным преимуществом. Это длительный срок службы, что объясняется отсутствием теплоты в процессе производства. И действительно часто менять оборудование не нужно, поломки случаются крайне редко. Минимальный срок службы ГЭС — около пятидесяти лет. А на просторах бывшего Советского Союза успешно функционируют станции, построенные в двадцатых или тридцатых годах прошлого века. Управление гидроэлектростанциями осуществляется через центральный узел, и вследствие этого в большинстве случаев там работает небольшой персонал [3].
В первой половине XX в. сооружение водохранилищ, в том числе комплексного назначения, велось во многих странах мира, включая крупные водохранилища, объем которых достигал десятков кубических километров.
В этот период был накоплен опыт и созданы предпосылки для их широкого строительства, когда во второй половине ХХ в. такая потребность возникла для водообеспечения быстро растущих городов, промышленности, больших ирригационных систем, наращивания использования гидроэнергетических ресурсов. Далеко не идиллически и непросто складывались в этот период отношения с окружающей средой.
Вопросам влияния водохранилищ и ГЭС на окружающую среду уделялось ограниченное внимание, и хотя казалось, что природные ресурсы беспредельны, уже начали проводиться исследования по его оценке.
Международной комиссией по большим плотинам дано такое определение понятия окружающей среды: «Ансамбль физических, химических, биологических и социальных факторов, в определенный момент способных оказывать прямое или косвенное, краткое или продолжительное влияние на живые существа и человеческую деятельность». При этом деятельность по охране окружающей среды должна быть направлена на улучшение жизни человека во всех ее аспектах при сохранении экологического равновесия. Именно жизнь человека, его здоровье являются главными приоритетами, определяющими экологическую безопасность.
Учитывая, что и в естественных условиях элементы экосистем постоянно испытывают циклические или необратимые преобразования, экологическое равновесие является динамическим. Исходя из этого, масштабы и уровень вмешательства в природную среду и соответственно ее изменений должны обеспечить возможность ее восстановления и саморегулирования и не превысить допустимый предел, вызвав нарушение экологического равновесия.
Создание гидроэнергетических объектов с водохранилищами комплексного назначения, в отличие от эволюционно сформировавшихся природных водных объектов, происходит за исторически короткий срок, и мы наблюдаем в первую очередь начальный этап формирования и становления их экосистем — наиболее тяжелый и уязвимый для внешних и внутренних воздействий. Причем чем «здоровее» было исходное состояние водного объекта, нарушенное созданием водохранилища, тем легче и быстрее проходит этап адаптации с минимальными негативными последствиями для окружающей среды. При этом происходят качественная перестройка, преобразование экосистем водного объекта с возникновением новых водных экосистем. В чем состоят эти изменения, где пределы допустимых воздействий, как сохранить устойчивость новых экосистем, — ответы на эти вопросы приобретают первостепенное значение. Ведь необходимо обеспечить их гомеостатическое состояние, чтобы развитие экосистем по новому пути было устойчивым и предсказуемым.
В зону влияния гидроэнергетических объектов с водохранилищами входят: Район гидроузла с водохранилищем и прилегающая к ним территория по всему периметру в пределах подпора, где сказывается влияние водохранилища на гидрологию, гидрогеологию, геологические процессы, климат, рельеф, почвы, растительный и животный мир и др.
Зона нижнего бьефа, включающая участок реки до впадения в море, озеро или нижерасположенное водохранилище в условиях каскада ГЭС, где проявляется влияние ГЭС на гидрологию, геологические процессы, климат, почвы, растительный и животный мир и др.
Участок реки и водосборной площади, где сказывается их влияние.
Гидроэнергетические объекты с водохранилищами и элементами окружающей среды в зоне их влияния, включая зону нижнего бьефа, а также их водосборную площадь, являющиеся единой сложной системой, в которой все подсистемы взаимодействуют и связаны между собой.
При создании водохранилищ в большинстве случаев можно выделить три стадии формирования новых экологических условий.
Для первой стадии, которая совпадает с периодом заполнения водохранилища и первых лет эксплуатации, характерно резкое нарушение природного равновесия и сложившихся связей природных комплексов с изменением режимов грунтовых вод, почв, отмиранием одних и появлением других видов растений и животных.
Во второй стадии происходят направленное формирование природной среды, увязка ее компонентов и образуется новый природный комплекс.
В третьей стадии складывается новое динамическое равновесие природной среды.
Многие негативные явления при создании в прошлом (особенно в 50-70-е годы ХХ века) водохранилищ имеют исторические корни, обусловленные известными трудностями социально-экономического и политического развития общества, а также недооценкой техногенного воздействия на природную и социальную среду, когда не уделялось должное внимание оценке взаимодействия водохранилищ комплексного назначения с окружающей средой и возможным отрицательным последствиям для нее. Природоохранные, защитные и компенсационные мероприятия при создании водохранилищ во многих случаях были недостаточны, нарушались предусмотренные проектом режимы эксплуатации.
Оценки влияния водохранилищ на окружающую среду носили ограниченный характер в связи с недостаточным вниманием, уделявшемся прогнозированию, невысоким качеством прогнозов, крайне ограниченным мониторингом.
Можно привести множество примеров, когда именно вследствие указанных причин создание водохранилищ приводило к тяжелым отрицательным последствиям для окружающей среды.
Недоучет отрицательных воздействий на окружающую среду, ухудшение в ряде случаев условий жизни населения, неравномерное распределение затрат и выгод, существенная разница между планируемыми и фактическими результатами вызвали рост оппозиции строительству водохранилищ во многих странах.
Проблемы влияния водохранилищ и ГЭС на окружающую среду стали предметом глубокого комплексного изучения специалистами с 70-х годов ХХ в.
Анализ, систематизация и обобщение накопленных данных о взаимодействии водохранилищ с окружающей средой в различных природных условиях и соответствующие рекомендации по минимизации отрицательных последствий создания водохранилищ рассматривались Международной комиссией по большим плотинам, Международной гидроэнергетической ассоциацией, Международным энергетическим агентством и другими международными организациями.
Учитывая огромную роль гидроэнергетических объектов с водохранилищами комплексного назначения в социально-экономическом развитии общества, масштабы работ и общественные затраты, связанные с их созданием, важнейшее значение при их проектировании приобретают многосторонние исследования и прогнозирование последствий их сооружения для окружающей среды. На основании этих исследований проводится выбор створов, оптимальных параметров и режимов их работы, природоохранных, защитных и компенсационных мероприятий, направленных на минимизацию отрицательных последствий, и в целом дается комплексная оценка воздействия объекта на окружающую среду.
Принятие решения о строительстве возможно при подтверждении, что реализация проекта не представляет угрозы для окружающей среды, обеспечивая сохранение экологического равновесия, улучшение условий жизни населения, и имеет преимущества по сравнению с альтернативными вариантами. При этом при сопоставлении вариантов совместно рассматриваются их технико-экономические, социальные и экологические параметры.
Для обеспечения растущих потребностей в воде и энергии к началу ХХI века в мире было построено более 45000 больших плотин с водохранилищами, в том числе в Китае — 22000, в США — 6575, в Индии — 4291, в Японии — 2675. Существуя весьма продолжительное время, многие из них нуждаются в реконструкции для соответствия современным требованиям.
В целом постоянно растущая техногенная нагрузка на окружающую среду вызвала в последние десятилетия ХХ в. ухудшение экологической ситуации во многих странах, наиболее остро встали вопросы нахождения рационального равновесия между экономическими и социальными потребностями общества и сохранением окружающей среды. Проблема охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности вышла за пределы национальных границ и превратилась в одну из глобальных проблем, стоящих перед мировым сообществом в XXI в[4].
Затопление земель является одним из самых тяжелых отрицательных последствий создания водохранилищ. В площадь отвода земель при строительстве гидроэнергетических объектов входят зона постоянного затопления водохранилища при НПУ, площадь под сооружения ГЭС, зона переформирования берегов водохранилища за 10-летний период с учетом сооружений инженерной защиты, площади под дороги, поселки и др.
Таблица 1. Данные по отводу земель под водохранилища ГЭС (по состоянию на 1990 г.)
|
Площадь отведенных земель, тыс. га |
Отношение площади отведенных земель к общей территории, % |
|||||
|
Всего |
В том числе |
|||||
|
Сельскохозяйственных |
Лесных угодий |
Прочих |
||||
|
Россия |
4853 |
1741 |
2286 |
826 |
0,28 |
|
|
Украина |
761 |
304 |
297 |
160 |
1,26 |
|
|
Молдавия |
5 |
3 |
1 |
1 |
0,15 |
|
|
Литва |
10 |
7 |
1 |
2 |
0,16 |
|
|
Латвия |
8 |
4 |
2 |
2 |
0,12 |
|
|
Эстония |
4 |
1 |
2 |
1 |
||
|
Беларусь |
11 |
7 |
3 |
1 |
0,05 |
|
|
Грузия |
10 |
7 |
— |
3 |
0,14 |
|
|
Азербайджан |
76 |
45 |
25 |
6 |
0,88 |
|
|
Армения |
3 |
3 |
— |
— |
0,10 |
|
|
Узбекистан |
71 |
43 |
11 |
17 |
0,16 |
|
|
Киргизстан |
32 |
23 |
— |
9 |
0,16 |
|
|
Таджикистан |
62 |
7 |
32 |
23 |
0,43 |
|
|
Туркменистан |
1 |
1 |
— |
— |
0,002 |
|
|
Казахстан |
702 |
464 |
44 |
194 |
0,26 |
|
Данные по отводу земель под водохранилища ГЭС в странах СНГ приведены в табл. 1.
Общая площадь водохранилищ США составляет порядка 7700 тыс. га (0,82% территории), Канады — 5500 тыс. га (0,55%), Бразилии — 3200 тыс. га (0,38%).
Земли, затапливаемые водохранилищами ГЭС, в основном находятся в речных долинах, часто это наиболее плодородные земли, используемые в сельском хозяйстве. Так, из общей площади затопленных водохранилищами земель доля сельскохозяйственных угодий составляет в Украине 40%, в России — 36%, в Узбекистане, Азербайджане, Казахстане — 60-66%.
Следует отметить, что наблюдающаяся в последние десятилетия тенденция к перемещению строительства ГЭС в предгорные и горные районы, более глубокий комплексный подход к обоснованию створов и параметров водохранилищ привели к увеличению их средней глубины и улучшению удельного показателя затопления земель на млн. кВт·ч выработки электроэнергии ГЭС.
Для сравнения в таблице 4.2 приведены удельные показатели затопления земель по водохранилищам ГЭС Украины, России и других стран.
Как видно из таблицы, удельные показатели изменяются в широких пределах даже для равнинных водохранилищ, резко уменьшаясь в условиях достаточно глубоких водохранилищ, расположенных в каньонообразных относительно узких участках рек. Например, для Днепровского водохранилища (Украина) такой показатель составляет 9,9 га/млн. кВт·ч, Плявинского и Рижского (Латвия) — соответственно 1,6 и 6,4, Рампарт Каньон (США) — 8,5, Ла-Гранд 4 (Канада) — 5,5, Итайпу (Бразилия — Парагвай) — 2,0.
Наименьшие удельные показатели достигаются для водохранилищ в горных условиях, например для водохранилища Систерон (Франция) — 0,2 га/млн. кВт·ч, Чиф-Джозеф (США) — 0,3.
Необходимо отметить, что в условиях комплексного использования водохранилищ, в первую очередь равнинных, эти показатели имеют в значительной мере субъективный характер, особенно в тех случаях, когда его главными направлениями являются водоснабжение, защита от паводков и др.
Например, в Днепровском каскаде ГЭС наиболее емкие Кременчугское и Каховское водохранилища, являясь основными регуляторами стока р. Днепр, имеют большую полезную емкость (соответственно 9 и 6,8 км3), обеспечивая водоснабжение и орошение центральных, восточных и южных регионов Украины. Также за счет регулирования стока Кременчугским водохранилищем увеличивается среднемноголетняя выработка на нижерасположенных ГЭС каскада на 700 млн. кВт·ч.
Для водохранилищ комплексного назначения, регулирующих сток, следует рассматривать такой удельный показатель, как площадь затопления в га, приходящаяся на 1 млн.м3полезной емкости. Этот показатель составляет для Кременчугского водохранилища 25 га/млн. м3, Каховского — 31,6, что лучше, чем у Днепрогэса — 49,3, но хуже, чем у Днестровского — 15.
При строительстве водохранилищ до 70-х годов ХХ в. во многих случаях не выполнялись необходимые мероприятия по уменьшению затопления земель, такие как инженерная защита мелководий и др. Так, площади мелководий (глубиной до 2 м при НПУ) составляют в Украине на Днепродзержинском водохранилище — 26%, в России на Иваньковском — 47%, Угличском — 36%, Горьковском — 23%, хотя по условиям рационального использования водохранилищ площади мелководья должны составлять до 15-20%. Если на Каневском водохранилище путем устройства защитных дамб длиной 65 км защищено 39 тыс.га земель (58% площади зеркала водохранилища), на Кременчугском при длине дамб 112 км — 61 тыс.га (27%), то на Каховском — 27 тыс.га (12%).
По водохранилищам Днепровского каскада защищено 231 тыс.га земель (35.2%), в том числе сельскохозяйственных — 169 тыс.га, благодаря устройству защитных дамб в комплексе с насосными станциями, дренажной сетью, обеспечившими естественные условия на защищаемых территориях. В целом были защищены от затопления 25 крупных земельных массивов, имеющих большое сельскохозяйственное значение, Никопольское марганцерудное месторождение, населенные пункты, была выполнена защита прибрежных территорий крупнейших городов Украины, включая Киев, Черкассы, Кременчуг, Днепропетровск, Запорожье, Никополь, Каховку.
Защита территорий от затопления при создании водохранилищ широко применяется во всем мире, позволяя уменьшить количество переселяемых людей, сохранить ценные земли для сельскохозяйственного производства, сократить площади мелководий.
В состав защитных сооружений входят: дамбы, отгораживающие защищаемую территорию; система дренажей для перехвата и отвода профильтровавшей из водохранилища воды; насосные станции для перекачки с защищаемых территорий дренажных и поверхностных вод. Мероприятия инженерной защиты во многих случаях обеспечивают благоустройство и рациональное использование прибрежных территорий, улучшение инфраструктуры, создание транспортных магистралей и др.
В последние десятилетия при подготовке ложа водохранилищ предусматривается снятие плодородного слоя почв, что позволяет сохранить почвы как ценнейший природный ресурс и использовать их для улучшения малопродуктивных земель на прилегающих территориях и таким образом частично компенсировать потерю затопленных водохранилищем.
В Украине при подготовке ложа Александровского водохранилища на р. Южный Буг (нижнего водоема Ташлыкской ГАЭС) снятый плодородный слой был нанесен на малопродуктивные земли на площади 1,4 тыс. га, при подготовке ложа водохранилищ Днестровской ГАЭС снятый плодородный слой был использован для улучшения малопродуктивных земель на площади около 0,9 тыс. га.
Отчуждение земель под водохранилища ГАЭС значительно меньше благодаря большим напорам, высокой суточной сработке водохранилищ, использованию часто в качестве нижнего водохранилища уже существующих водохранилищ. Так, у строящейся Днестровской ГАЭС (Украина) мощностью 2,27 млн. кВт площадь верхнего водохранилища составляет 2,5 км, а в качестве нижнего используется существующее водохранилище Днестровской буферной ГЭС-2 площадью 10,5 км. На этой ГАЭС удельный показатель затопления земель верхним водохранилищем составляет 0,12 га/мВт, на эксплуатируемой Киевской ГАЭС мощностью 225 мВт — 0,3 га/мВт, на ГАЭС Goldinsthal (Германия) — 0,16 га/мВт.
На всех этапах проектирования при выборе схемы каскада ГЭС, обосновании основных параметров водохранилищ и ГЭС (НПУ, УМО, установленной мощности и выработки ГЭС и др.), защитных сооружений одной из важнейших задач является уменьшение площади отчуждаемых земель и в первую очередь площади затопления водохранилищем [5].
Подтопление земель, прилегающих к водохранилищу, вызывается подъемом уровня грунтовых вод при заполнении водохранилища до НПУ. Следует отметить, что подтопление имеет место также в естественных условиях при повышении уровня рек в периоды прохождения паводков. Основной ущерб от подтопления земель и в целом от изменения режима грунтовых вод связан с возможностью заболачивания территорий, изменением свойств почв, растительного и животного мира.
В зависимости от высоты подтопления (залегание уровня грунтовых вод от поверхности земли), трансформации почв и растительности выделяют подзоны сильного, умеренного и слабого подтопления, влияние которых на прибрежные экосистемы, почвенные условия, лесные и сельскохозяйственные угодья неоднозначно и определяется природными особенностями района. Залегание уровня грунтовых вод от поверхности земли ориентировочно может составлять в подзоне сильного подтопления 0-1,2 м, умеренного — до 2 м, слабого — до 3,0 м.
Особенно подвержены заболачиванию участки сильного подтопления побережья водохранилищ, расположенных в лесной и лесостепной зонах. В степной, полупустынной и пустынной зонах подъем уровня грунтовых вод при резком дефиците атмосферной влаги может вызвать процесс засоления почв. В лесной и лесостепной зонах в пределах подзоны сильного подтопления, где могут существенно меняться почвенные условия, земля во многих случаях используется под луга. Умеренное и слабое подтопление могут дать положительный эффект. Так, при умеренном подтоплении увеличивается прирост лесов, луговых, злаковых растений на 10-74%, а при слабом подтоплении — на 5-20%. В регионах недостаточного увлажнения подтопление земель в целом может оказывать положительное влияние на окружающую среду.
При подтоплении земля, как правило (кроме зоны сильного подтопления), не подлежит отчуждению и продолжается ее использование.
Общая площадь подтопления земель равнинными водохранилищами в зависимости от природных условий может составлять 3-15% площади затопления, например на Кременчугском водохранилище — 12 % площади затопления, на Рижском (Латвия) — 7%, на водохранилищах Волжско-Камского каскада (Россия) — 11%.
Для защиты территории и снижения ущерба от подтопления, особенно в зоне сильного подтопления, основными мероприятиями являются устройство дренажных систем, обеспечивающих понижение уровня грунтовых вод, и искусственное повышение поверхности территории. Так, искусственное повышение путем намыва песчаных грунтов для создания площадей под застройку широко применялось на водохранилищах Днепровского каскада ГЭС. Таким образом была организована большая территория для новых кварталов г. Киева на левом пологом берегу р. Днепр.
Подтопление земель резко снижается при сооружении водохранилищ в горных и предгорных районах.
Переформирование берегов водохранилища. При образовании водохранилищ в результате изменения уровней, фильтрационного режима, волновых и иных воздействий идет процесс переформирования берегов, особенно интенсивно протекающий в первые годы после заполнения водохранилища. Величина переработки берегов существенно зависит от геологического строения береговой зоны: минимальная при скальных грунтах, она значительно возрастает при мягких грунтах (рис. 4.2) и может достигать 1-2% площади затопления. Для уменьшения переработки берегов и потерь земли, благоустройства береговой зоны по контуру водохранилища на неблагоприятных участках выполняются различные типы креплений, включая железобетонные, из камня, биологические и др. В ряде случаев защита берега от переработки обеспечивается путем намыва к береговому склону песчаной насыпи с пологим откосом и биологическим креплением. На водохранилищах Днепровского каскада ГЭС защита от переработки береговой зоны выполнена на многих участках сельскохозяйственных и лесных угодий, населенных пунктов, зон отдыха и др. В период эксплуатации было построено дополнительно около 80 км берегозащитных сооружений. На нижнем водохранилище Днестровской ГАЭС в связи со сложными инженерно-геологическими условиями для недопущения переработки берегов при ежесуточных колебаниях уровня до 9,5 м крепления выполнены по всему береговому контуру (рис. 4.3).
В неблагоприятных инженерно-геологических условиях создание водохранилищ, особенно в горных районах, может привести к обрушению береговых массивов и аварийной ситуации. Для недопущения обрушений должны выполняться соответствующие инженерные мероприятия по закреплению этих массивов[5].
Влияние водохранилищ на климат распространяется на сравнительно небольшую территорию прилегающих районов и еще менее заметно в нижних бьефах гидроузлов. Изменения микроклимата при создании водохранилищ определяется увеличением суммарной радиации и радиационного баланса, большей теплоемкостью водохранилищ по сравнению с сушей, уменьшением шероховатости поверхности и другими факторами. (Богатырев, 1958)
Интенсивность изменений климата под влиянием водохранилищ зависит также от рельефа (чем выше берег, тем быстрее затухают эти изменения), от параметров водохранилища, особенно объема водной массы, и других факторов. Основные изменения метеорологических условий под влиянием водохранилищ состоит в следующем: увеличивается радиационный баланс, испарение, ослабляется континентальность климата, возрастают скорости ветра, появляются ветры типа бризов.
Изменения затрагивают практически все элементы микроклимата акватории и прибрежных территорий. Известно, также что причина специфичности климата прибрежной зоны водоемов кроется в различии физических свойств воды и суши. Альбедо водной поверхности при большой высоте Солнца колеблется всего от 7 до 11% и всегда меньше альбедо поверхности суши. (Матарзин, 2003)
Интенсивность потери тепла деятельной поверхностью в основном зависит от ее температуры, а, следовательно, различия в суммах эффективного излучения водой и сушей тем больше, чем больше термические контрасты между ними, которые тесно связаны с географической зональностью.
Для глубоких водохранилищ характерны большие сезонные колебания радиационного баланса воды к радиационному балансу суши. (Дубровин. Матарзин, 1959)
Весной водохранилища оказывают охлаждающее влияние на прибрежные территории, а во второй половине теплового периода отдавая накопленное тепло, оказывают отепляющее воздействие. Под воздействием водохранилищ в прибрежной полосе, как правило, уменьшается континентальность климата: ход температур становится плавным, суточная амплитуда температур воздуха уменьшается, влажность воздуха увеличивается, весенние заморозки прекращаются в более ранние сроки, осенние заморозки наступают позже и т. д.
В районе крупных водохранилищ несколько увеличивается количество осадков. За счет испарения с увеличившейся водной поверхности возрастает относительная и абсолютная влажность воздуха, что особенно заметно сказывается в аридных и семиаридных зонах. (Богословский, 1974)
В нижних бьефах гидроэлектростанций внутригодовое перераспределение стока приводит, к увеличению расходов воды в зимнее время и к усилению влияния их на температуру и влажность воздуха. Значительнее изменяется термический режим ниже глубоководных водохранилищ, в районах с холодным климатом.
В таких бьефах наблюдается повышение влажности воздуха и образование туманов. Также несколько в нижних бьефах изменяется микроклимат речных долин.
Таким образом, влияние водохранилищ на микроклимат в различных зонах неодинаково. В зоне недостаточного увлажнения это влияние затухает быстрее и резче, чем в зоне избыточного увлажнения. И распространяется дальше, но с менее резкими переходами. В тоже время абсолютные и относительные показатели изменения микроклимата возрастают при движении с севера на юг.
Изменение гидрологического режима, микроклиматических условий и почвенного покрова прибрежных территорий оказывает влияние на высшую растительность, как самого водоема, так и прибрежных территорий. Глубоководное и постоянное затопление территории приводит к полной гибели существующей здесь растительности — не вырубленных деревьев и кустарников, трав, мхов. Даже водные растения — тростники, камыши, рогоз и др. не могут существовать , если глубина воды превышает 2-2,5м. (Богословский, 1974)
В первые годы происходит быстрое разложение и минерализация органических остатков травянистой растительности.
На развитие водной и земноводной растительности в прибрежной зоне оказывает влияние уровень режим, защищенность участка от волнения, глубина, форма и грунты дна, химический состав воды, характер и состав прежней растительности. На тех водохранилищах, на которых волны достигают большой высоты, заросли водной растительности на открытых участках побережья почти не развиваются. Мешают развитию такой растительности также крутые берега, глубокая ежегодная сработка и бедные грунты.
В первый год на мелководных участках водохранилищ преобладают разреженные заросли растений, перенесших затопление, или растительность совсем отсутствует. На второй и отчасти третий годы массовое распространение получают рогоз, сусан, тростник и др. В дальнейшем широко развивается лиственное разнотравье при одновременном отмирании рогоза, а на последнем этапе характерно преобладание узколиственного воздушно-водного разнотравья и крупной осоки, а в глубоководной зоне — урути. (Вендров, 1970)
При повышении уровня грунтовых вод ближе к поверхности травостой становится беднее, многие ценные травы исчезают.
Но не всегда заболачивание отрицательно влияет на рост леса. Бывает, что в почве присутствуют все признаки заболачивания и, тем не менее, лес растет здесь лучше, чем до создания водохранилища. Значит, в пояс заболачивания попал лес, ранее страдавший от недостатка влаги.
Особенностью влияния гидростроительства на природные комплексы и их компоненты является создание в пределах территории влияния новых экосистем, которые имеют иной качественный и количественный уровни круговорота веществ в природе. (Вендров, Дьяконов, 1976)
Создание водохранилищ коренным образом изменяет местный ландшафт. Это может отрицательно повлиять на привычный образ жизни и рефлексы животных: сезонные пути их миграции, изменение мест водопоя, условия их зимовки, поисков пищи и т.п. В совокупности с изменениями климата изменения ландшафта могут привести к ухудшению условий гнездования птиц, повлиять на пути перелетных птиц. Зимние затопления пониженных территорий (обычно в дельтах зарегулированных рек) неблагоприятно сказываются на местах обитания мелких животных.
Интенсивность влияния факторов гидростроительства на природные комплексы и их компоненты на разных этапах строительства и эксплуатации неодинакова. Выделяется четыре основных периода (или стадии) влияния гидроузлов на окружающую среду:
- период строительства — от начала стройки до наполнения водохранилища до НПУ;
- заселение природных комплексов в первые десять лет существования водохранилища;
- созревание фаунистических и флористических компонентов природных комплексов во второе десятилетие существования водохранилища;
- стабилизация природных комплексов на территории влияния, наступающая обычно спустя 20 лет после наполнения водохранилища.
Следует учитывать также необходимость зонирования всей территории, на которую распространяется влияние гидроузла, на три основных участка, имеющих свою специфику:
- район расположения основных сооружений и окружающей хозяйственной инфраструктуры;
- водохранилище (верхний бьеф);
- нижний бьеф.(Авакян, Воропаев, 1976)
Многообразие видов животных определяет разную их реакцию на те или иные проявления влияния гидросооружений на окружающую среду.
При оценке воздействия гидротехнического строительства на животный мир должны учитываться следующие основные тенденции:
Снижение биологического разнообразия. Речные долины (пойма) являются зоной повышенного биотопического и видового разнообразия. Создание водохранилища может вызвать исчезновение уникальных экосистем и отдельных видов в зоне влияния водохранилища.
Высока вероятность деградации и потери целого ряда популяций животных, находящихся на пределе распространения.
Снижение биологической продуктивности на склонах побережий водохранилища. Появление водохранилища во многих случаях приводит к разобщению кормовых и защитных станций. Этот фактор, наряду с затоплением долинных мест обитаний, усилением браконьерства и охоты на хищников, а также увеличением частоты гибели животных от травм, может явиться одной из основных причин снижения численности животных на склонах побережий водохранилища.
Вынужденные концентрации млекопитающих в районах выклинивания подпора водохранилища на реке и ее притоках. Потребность в восполнении утраченных и нарушенных природных комплексов, имевших в своем составе долину относительно крупной реки, животные будут пытаться восполнить за счет сохранившихся долин и каньонов. На притоках будет отмечаться тенденция к формированию зон повышенной численности и миграционной активности большинства видов млекопитающих.(Богословский, 1974; Вендров, 1970, «Влияние…»)
1 Непорожний П.С., Обрезков В.И.; «Введение в специальность:
гидроэлектроэнергетика» изд. Москва, 1982 г.
2 Дробнис В.Ф. «Гидравлика и гидравлические машины», изд. Москва,
1987 г.
3 Жибра Р.В. «Статья экологические проблемы, связанные с
гидроэлектростанциями», Москва, 2009 год.
4 http://energetika.in.ua/ru/books/book-5/part-3/section-4/4-1
5 http://energetika.in.ua/ru/books/book-5/part-3/section-4/4-2/4-2-2
