Оценка экологических и экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ

Наблюдается тенденция сокращения использования воды и в сельском хозяйстве, что связано, с одной стороны, с реорганизацией системы Минсельхозпрода Республики Башкортостан, с другой, организацией учёта используемой воды в соответствии с действующей системой платного водопользования.

Снижение объемов водопотребления на орошение связано с сокращением орошаемых площадей и высоким уровнем износа установок для орошения [2].

Таблица 4- Использование водных ресурсов по городам Республики Башкортостан в 2005 году, млн. м³.

№ п-п.	Города	Забрано воды из природных водных объектов	Использовано пресной воды
		всего	из поверхностных	из подземных	всего	на хозпитьевые нужды	на производственные нужды
1.	Агидель	0,09	0,09	0,00	1,05	0,92	0,10
2.	Баймак	1,17	0,03	1,15	0,61	0,53	0,06
3.	Белебей	11,93	3,71	8,22	10,70	6,51	4,11
4.	Белорецк	23,81	17,82	6,00	22,39	6,56	11,20
5.	Бирск	2,75	0,00	2,75	1,97	0,01	0,20
6.	Благовещенск	9,56	5,90	3,66	8,97	2,75	6,01
7.	Давлеканово	1,07	0,00	1,07	0,99	0,61	0,26
8.	Дюртюли	2,82	0,02	2,80	2,53	2,32	0,19
9.	Ишимбай	15,43	9,49	5,94	15,15	5,37	9,61
10.	Кумертау	13,51	5,87	7,64	12,83	6,20	6,29
11.	Межгорье	2,4	-	2,4	2,23	0,6	1,63
12.	Мелеуз	8,68	0,02	8,66	7,95	4,75	3,00
13.	Нефтекамск	17,25	2,21	15,04	12,60	8,86	1,89
14.	Октябрьский	3,10	3,01	0,09	8,42	3,21	2,47
15.	Салават	66,36	32,84	33,52	50,68	16,60	33,33
16.	Сибай	8,45	2,95	5,50	9,91	4,26	4,65
17.	Стерлитамак	124,01	61,39	62,62	120,72	31,84	88,69
18.	Туймазы	6,69	0,20	6,49	5,91	4,61	1,24
19.	Уфа	342,12	223,10	119,03	312,85	135,00	176,60
20.	Учалы	9,19	2,44	6,75	7,21	3,82	2,88
21.	Янаул	1,71	0,08	1,63	1,61	1,17	0,20

Подразделяя показатели забора воды по бассейнам рек, следует показать, что основное количество потребляемой воды приходилось на бассейн реки Белой (805,14 млн. куб. м).

На основании краткого анализа показателей водопользования можно выявить, что основная нагрузка как по количеству, так и по качеству приходится на долю рек и озер республики. Так, объем общего сброса сточных вод в эти объекты по сравнению с суммарным использованием водных ресурсов, равным 922,4 млн. куб. м (из поверхностных и подземных источников) составила 67 %.

Следует подчеркнуть то, что, несмотря на проведение ряда мероприятий по оздоровлению и улучшению санитарного состояния рек, положение по основным речным бассейнам остается напряженным. Это обуславливает необходимость широкомасштабного проведения водоохранных мероприятий как в самих водных объектах, так и на их водосборах [2].

Необходимые параметры водоохранных мероприятий в пространственном и временном аспектах могут быть определены на основании проведения расчетов по оптимизации водопользования и водоохранных мероприятий в разрезе промышленных узлов, бассейнов рек и их участков. При этом эколого-экономические критерии должны учитывать такие важные признаки, как изменчивость рек во внутригодовом и многолетнем разрезах, показатели загрязненности природных вод и их изменчивости в пространстве, необходимые для популяций гидробионтов экологические расходы воды и объемы, приведенные затраты и экологическую эффективность природоохранных мероприятий.

Одним из важных принципов экономического регулирования использования, восстановления и охраны водных объектов является платность водопользования. В целях рационального использования водных ресурсов, повышения экономической ответственности водопользователей, а также образования средств финансирования охраны и воспроизводства водных ресурсов указом Президиума Верховного Совета республики Башкортостан в 1995 г. изменена система платного водопользования на территории республики.

Плательщиками за пользование поверхностными и подземными водными объектами являются предприятия, организации, учреждения, а также иностранные юридические лица и их филиалы независимо от форм собственности и организационно-правовых отношений: физические лица, занимающиеся предпринимательской деятельностью без образования юридического лица.

Кроме того, установлена плата за пользование водными объектами без изъятия воды в гидроэнергетике, добыче полезных ископаемых, производстве работ на водных объектах и др.

От платы за водопользование освобождены: население, колхозы, совхозы и ассоциации фермерских и крестьянских хозяйств, рыбоводческие хозяйства, садоводческие товарищества, а также организации и учреждения, полностью содержащиеся за счёт государственного бюджета (школы, больницы, поликлиники и др.)

Утверждены базовые нормативы платы за водопользование, которые ежеквартально индексируются с учётом коэффициента инфляции.

Установлены соответствующие повышающие коэффициенты за сверхлимитное водопотребление и безлицензионное водопользование.

Средства, поступающие за водопользование в местный бюджет, рекомендовано направлять на обустройство водоохранных зон, родников, очистку малых рек, выполнение других видов работ, связанных с охраной водных объектов и обеспечением населения качественной водой.

Таким образом, внесение изменений в систему платы за пользование водными ресурсами коренным образом изменило возможности отрасли водного хозяйства в реализации водосберегающих и водоохранных мероприятий, позволило минимизировать влияние антропогенных нагрузок на водные объекты [2].

В составе первоочередных мероприятий по организации водоохранных мероприятий в этой системе следует указать на необходимость создания новых природных парков, восстановительных зон, заказников и памятников природы. Как было показано ранее, заслуживает большого внимания обоснование и создание ряда природных (озерных) парков в Башкирском Зауралье, включив в самостоятельные блоки группы северных и южных озер этого региона, их водосборные площади, а также речные бассейны и водопады. Необходимо также проведение системы природоохранных мероприятий в пределах "гидрологических центров", расположенных в горном Башкортостане и Белебеевско-Стерлибашевской возвышенности. Первая территория охватывает верховья бассейнов рек Белая, Инзер, Юрюзань, Ай, Урал, Уй, Миасс с уникальным ландшафтным разнообразием. Второй центр является "очагом" формирования водных потоков рек Дема, Ашкадар, Стерля, Уршак и др.

Расположение наиболее высоких возвышенностей южнее озера Аслыкуль и их участие в формировании водных ресурсов системы рек Усень, Чермасан и ряд левых притоков реки Демы, близость озера Кандрыкуль обусловливает целесообразность создания обширной зоны экологической стабилизации Башкирского Предуралья, включающей уже существующие, а также новые охраняемые территории и объекты. Уникальность, своеобразие природных комплексов, присутствие речных систем и озер различной категории в низовья бассейна реки Белой, в пределах Уфимского плато, Северо-восточной лесостепи, Зауральской степи, Зилаирского плато и др., также способствует научному географо-экологическому обоснованию и созданию значительного количества охраняемых объектов. Они нашли отражение в составе кадастра сети охраняемых территорий РБ, разработанного по заданию Госстроя РБ.

1.3 Экологические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ

1.3.1 Местные климатические изменения

Создание гидроузлов с водохранилищами большого объема приводит к изменению термического режима воды по сравнению с естественными условиями как в верхних, так и в нижних бьефах ГЭС, что влечет за собой изменение теплового стока реки и составляющих теплового баланса воды с сушей, а следовательно, и значений метеорологических параметров и условий туманообразования. Изменение местного климата над акваторией водохранилища и прилегающих территорий суши происходит в связи с увеличением суммарной радиации и изменением радиационного баланса водоема, а также с большей теплоемкостью водной массы по сравнению с сушей. За основной фактор, определяющий интенсивность и зону влияния, принимается теплофизический контраст вода - суша.

Изменение местного климата под влиянием водохранилища наиболее заметно проявляется в колебаниях температуры и влажности воздуха, направления и скорости ветра, условий туманообразования.

В регионах расположения гидроузлов, как правило, происходит уменьшение континентальности климата, ход температуры воздуха становится более плавным.

Так, например, в осенне-зимний период в районе г. Красноярска температура воздуха повысилась на 1 - 2 °С; средняя температура воздуха декабря - января в прибрежной зоне р. Енисея составила минус 14,3 °С, а на удалении от берегов - минус 19,0 С. Амплитуда суточного хода температур в прибрежных районах была на 3 - 4 °С меньше, чем в удаленных частях г. Красноярска.

Температура воздуха под влиянием водохранилища ГЭС, как правило, понижается весной и в первую половину лета (охлаждающее влияние), повышается во вторую половину лета и осенью (отепляющее влияние). Время наступления, продолжительность, интенсивность охлаждающего и отепляющего периодов зависят от географического положения, размеров и глубины водохранилища. Так, на севере период охлаждающего влияния водохранилища длится с начала июня до начала августа, а на водохранилищах, расположенных в лесостепной и степной зонах, продолжается до пяти месяцев (апрель - август). На южных водохранилищах, где ледостава обычно не бывает, период охлаждающего влияния уменьшается до 3-х месяцев (апрель - июнь), в остальное время года они интенсивно нагревают воздушные массы, оказывая отепляющее влияние на прилегающие территории. Изменение суточной (внутри суток) температуры воздуха в зоне побережья шириной до одного километра от уреза воды может достигать 5-8°, средней месячной - 0,3 - 3,0 °С.

Сдвиг дат перехода средней суточной температуры воздуха через 0, 5, 10°С составляет 3-7 дней. Продолжительность безморозного периода за счет отепляющего влияния увеличивается до 10 дней.

Изменение абсолютной влажности воздуха, как и температуры воздуха, в значительной мере зависит от географического положения водохранилища. Значения абсолютной влажности на наветренном берегу могут быть на 1,4 - 5,0 мб больше, чем вне зоны влияния.

На севере, в зоне избыточного увлажнения, где из-за сильной заболоченности различия между сушей и водной поверхностью невелики, абсолютная влажность меняется меньше, чем на юге, в зоне недостаточного естественного увлажнения.

Максимальные изменения относительной влажности воздуха приходятся на весенне-летний период:

· в зоне избыточного естественного увлажнения, в районе северных водохранилищ, влажность повышается на 4 - 6%;

· в зоне недостаточного естественного увлажнения влажность увеличивается в среднем на 6 - 12%, хотя ее изменения в течение суток имеют сложный характер: ночью происходит уменьшение влажности, днем, наоборот, влажность повышается.

Количественным показателем потенциального влияния водохранилища на температуру воздуха служит разность между температурой поверхности воды и температурой воздуха на побережье, а на абсолютную влажность - разность между насыщающей влажностью при температуре поверхности воды и влажностью на побережье.

Направление ветра изменяется в зависимости от ориентации водохранилища, извилистости береговой линии, характера ландшафта, шероховатости подстилающей поверхности суши и особенностей местной циркуляции воздуха.

Скорость ветра над акваторией водохранилища почти не меняется (15 - 20%) в охлаждающий период, в отепляющий -- возрастает на 50-100%.

Осенью на наветренном берегу водохранилища наблюдается увеличение в 2-3 раза повторяемости сильных ветров (более 15 м/сек) по сравнению с исходными ветровыми условиями.

Термические контрасты между сушей и водой на крупных водохранилищах приводят к возникновению местной циркуляции - бризов, они дополняют схему воздействия водохранилища на метеорологический режим. В сторону суши бризы могут проникать на расстояние 3 км и более, захватывая по высоте зону в 100 - 300 м.

Коэффициент усиления ветра по наблюденным данным метеостанции Береговая, расположенной на расстояние 400 м от уреза воды наиболее расширенного озеровидного участка Зейского водохранилища, составил 1,5 - 2,0 в осенне-зимний период; 1,4 -- 1,6 весной и 1,5 - 1,9 летом. Усиление ветра весной и летом произошли из-за развития местной бризовой циркуляции, захватывающей довольно большие участки суши и водоема.

В холодное время года (главным образом, в конце осени и зимой) над полыньями нижнего бьефа и их наветренными берегами создаются условия для образования туманов испарения, а на побережье увеличивается вероятность образования гололеда и изморози. К таким условиям относятся:

· типичное для антициклональной синоптической ситуации сильное выхолаживание воздуха над сушей или льдом, а затем - перемещение этого воздуха на открытую водную поверхность;

· слабые ветры (менее 5-7 м/сек);

· наличие приземной (на высоте не более 100 - 200 м) инверсии, т.е. повышение температуры воздуха по мере увеличения высоты;

· достаточное начальное увлажнение воздуха (более 75%).

Влияние ГЭС на метеоэлементы в нижнем бьефе может распространяться в зависимости от рельефа местности и ветрового режима на несколько километров вглубь побережья.

Так, влияние Саяно-Шушенской ГЭС в нижнем бьефе угасает на расстоянии 700 - 800 м, Вилюйской ГЭС - на расстоянии 2 км от уреза воды.

По длине нижнего бьефа изменение климатических параметров по сравнению с естественными условиями уменьшается по мере удаления от ГЭС.

Характер береговых склонов и их крутизна определяют размеры зоны климатического влияния. Залесенные побережья водохранилища ограничивают его влияние на местный климат вследствие активной ретрансформации поступающих с водной поверхности масс воздуха.

В зоне горных водоемов изменение местного климата будет происходить как под влиянием изменения высоты местности, так и за счет трансформации воздуха при движении его над водохранилищем.

На участках, где горные хребты подходят непосредственно к урезу воды, влияние водохранилища на местный климат практически не прослеживается.

С созданием водохранилища происходят дополнительные затраты водных ресурсов на испарение, что приводит к некоторой интенсификации влагооборота. Диапазон значений слоя испарения с водной поверхности водохранилищ на территории России достигает 1400 мм (от 300 мм в зоне избыточного естественного увлажнения до 1700 мм в зоне недостаточного естественного увлажнения).

Прогнозная оценка изменений местного климата под влиянием гидротехнических сооружений может даваться на основе расчетов и по наблюдениям на объекте-аналоге (см. Рекомендации П 850-87/ Гидропроект).

Расчетный метод ГГО предназначается для определения средних за расчетный период и в отдельные сроки изменений температуры и абсолютной влажности воздуха над прилегающей к водоему территории и акваторией водохранилища, с учетом различной шероховатости подстилающих поверхностей [14].

Факторами, необходимыми для определения влияния водохранилищ на количественные характеристики метеоэлементов, являются: температура поверхности воды, площадь водного зеркала, глубина, объем, ширина водохранилища; физико-географические условия расположения; условия атмосферной циркуляции и связанные с ней погодные условия (пасмурная погода в значительной степени нивелирует контраст вода - суша), шероховатость подстилающей поверхности, режим эксплуатации водохранилища, а также степень освоения прилегающих территорий (наличие жилых массивов, промышленных объектов, сельскохозяйственных угодий).

Количественная оценка тумано- и гололедообразования в районе проектируемого гидроузла выполняется с использованием двумерной гидростатической модели пограничного слоя атмосферы, формирующегося в квазистационарных условиях над неоднородной поверхностью. Модель построена с учетом фазовых переходов влаги и влияния сглаженного рельефа на структуру пограничного слоя. Расчеты проводятся на основе численного решения системы уравнений пограничного слоя атмосферы.

Метод географических аналогий представляет собой экстраполяцию результатов анализа изменения местного климата, полученных на действующих водохранилищах-аналогах, на зону возможного влияния проектируемого водохранилища.

Выбор и обоснование водохранилища-аналога производится по следующим основным критериям: небольшое взаимное удаление; общность климатической зоны, конфигурации, растительного покрова, морфометрии, площади мелководий и подтопленных земель; однородность ландшафта водосбора.

Трудность выбора водохранилища-аналога по всем критериям подобия, отсутствие количественных оценок туманно - и гололедообразования (высота, водность и граница распространения тумана), интенсивность гололеда и соответствующая ей высота, низкая оправдываемость прогноза изменения климата в условиях сложного пересеченного рельефа и вечной мерзлоты требуют новых методических подходов с применением математического аппарата (моделирования) и современной электронно-вычислительной техники, позволяющей использовать накопленный банк данных метеорологических наблюдений.

Организация наблюдений за изменением местного климата в районе расположения гидротехнических объектов необходима как для создания банка данных по водохранилищам-аналогам, так и с целью анализа гидрометеорологических процессов, обусловленных возведением и эксплуатацией гидросооружений, а также всего водохозяйственного комплекса. Такие наблюдения должны осуществляться в рамках системы мониторинга (наблюдения, сбор, анализ результатов наблюдений, создание автоматизированного банка данных), расположенных в различных физико-географических условиях страны.

Ведение мониторинга позволит повысить качество прогнозов изменения местного климата с последующей оценкой их оправданности.

Гидрометеорологические наблюдения производятся в течение всего периода изыскательских работ, проектирования и строительства водохранилища, а также в первые годы его эксплуатации.

Наблюдения должны охватывать будущую береговую полосу водохранилища и нижнего бьефа предполагаемой зоны влияния. Наиболее показательными для анализа и прогноза изменений метеоэлементов являются наблюдения у плотины, в средней и хвостовой частях водохранилища, а также в районе нижнего бьефа ГЭС (на удалении 1 км от плотины и в конце полыньи).

Для производства гидрометеорологических наблюдений организуются временные метеопосты. Один раз в месяц выполняются наблюдения на фиксированных микроклиматических разрезах с точками наблюдений на расстоянии 50, 100, 1000, 5000 и 10000 м от уреза воды в глубь суши.

Инструментальные наблюдения проводятся за температурой, влажностью воздуха, направлением и скоростью ветра, температурой поверхности воды; визуальные - за облачностью, осадками, туманами, гололедом [15].

Гидрометеорологические наблюдения используются для составления, корректировки и оценки оправдываемости прогноза изменения местного климата, совершенствования методики прогнозирования.

Изменения местного климата происходят на фоне глобальных изменений климата, которые могут усиливать или ослаблять, а возможно, и перекрывать влияние непосредственно водохранилища в зависимости от того, складываются или взаимно гасятся антропогенные и естественные воздействия.

Климатические изменения влекут за собой по принципу обратной связи изменения в значениях составляющих теплового баланса воды с воздухом, а следовательно, должны учитываться при составлении прогноза формирования температурного и ледового режимов бьефов ГЭС, а также длины зоны ее термического влияния.

1.3.2 Изменения состава атмосферного воздуха

Изменение качественного состояния атмосферного воздуха обычно связано с дополнительным загрязнением выбросами в период строительства и эксплуатации объекта либо с изменением условий распространения примесей, возникающим под его воздействием.

Непосредственное влияние создаваемого гидроузла на степень загрязнения атмосферного воздуха может проявляться только в изменениях метеорологических условий рассеивания примесей в районе расположения верхнего и нижнего бьефов.

Климатические изменения, связанные с созданием гидроузлов, имеющих водохранилища большого объема, могут способствовать как рассеиванию примесей (усиление скорости ветра и турбулентного обмена над водной поверхностью, усиление восходящих движений в прибрежных районах в летний период), так и существенному их накоплению (увеличение повторяемости туманов в нижних бьефах гидроузлов).

Основное влияние на атмосферный воздух в период строительства гидроузлов оказывают технологические процессы, связанные с функционированием временных или вспомогательных производственных предприятий, проведением земляных, в том числе взрывных работ.

Обеспечивающие строительство гидроузлов производственные базы включают в себя комплекс предприятий различного профиля с полным технологическим циклом работы: бетонные и обогатительные хозяйства, асфальтобетонные заводы, автохозяйства, временные и стационарные котельные на жидком и твердом топливе, склады горюче-смазочных материалов, монтажные базы и участковые хозяйства.

В результате производственной деятельности указанных предприятий и используемых технологических процессов в атмосферу может поступать до 30 наименований загрязняющих веществ различного класса опасности. Выбрасываемые в атмосферу вещества могут образовывать до 5 групп суммирующего воздействия.

Размеры зоны влияния источников загрязнения атмосферы (ИЗА) производственных баз существенно зависят от высоты источников, мощности выброса, температуры и скорости выбрасываемых газов, метеорологических условий района. Основное влияние на формирование уровней загрязнения прилегающей к производственной базе территории оказывают низкие неорганизованные выбросы.

Зоны влияния ИЗА производственных баз по различным выбрасываемым ингредиентам могут составлять от десятков метров до 2 км.

В зоне влияния ИЗА производственных баз часто находятся населенные пункты и поселки гидростроителей.

Поскольку строительство гидроузлов продолжается в течение значительного периода времени (от 2-3 до 10-15 лет) в проектах необходимо учитывать негативное воздействие указанных предприятий на атмосферный воздух прилегающей территории, разрабатывать нормативы предельно допустимых выбросов в атмосферу для создаваемых производственных баз, мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, организовывать санитарно-защитные зоны.

В период строительства гидроузлов выполняется большой объем земляных работ, при этом для выемки скальных грунтов используются взрывные работы. Зона распространения высоких концентраций примесей может распространяться от точки проведения взрыва на расстояние до 1000 м.

При воздействии земляных и взрывных работ на атмосферный воздух в проектах должна определяться зона возможного влияния и максимальные концентрации загрязняющих веществ.

Для обеспечения нормальной эксплуатации гидроузлов организовываются постоянные производственные участки, имеющие ИЗА.

Интенсивность выбросов и их воздействие на атмосферный воздух в течение года обычно неравномерны в связи с небольшим числом часов работы оборудования. Однако для указанных участков также необходимо разрабатывать нормативы предельно допустимых выбросов в атмосферу (ПДВ), мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, организовывать санитарно-защитные зоны.

Мероприятиям по охране атмосферного воздуха следует уделять особое внимание при размещении вспомогательных производственных площадок на побережьях нижних бьефов гидроузлов, где в условиях повышенной вероятности возникновения неблагоприятных метеорологических условий (туманов) возможно образование зон повышенных концентраций примесей в атмосфере жилых зон.

Вопросы охраны атмосферного воздуха в составе проектов строительства и эксплуатации гидроузлов должны рассматриваться с учетом существующей техногенной нагрузки. При этом необходимо использовать руководящие и нормативно-методические документы, утвержденные уполномоченными органами России в области охраны атмосферного воздуха, ГОСТ, стандарты.

Во время строительства и эксплуатации гидроузла должен осуществляться мониторинг изменения метеорологических параметров в районе влияния гидросооружений.

Система контроля (локальный мониторинг) за соблюдением установленных нормативов предельно допустимых выбросов в атмосферу производственных объектов в период строительства и при эксплуатации гидроузла должна разрабатываться в составе раздела проекта.

1.3.3 Геологические условия, гидрогеологический и гидрогеохимический режимы прилегающих территорий

Создание водохранилища приводит к повышению уровня подземных вод на прилегающих территориях, а также к волновому и тепловому воздействию на берега и ложе водохранилища.

Следствием этого могут явиться:

· подтопление и заболачивание береговой зоны;

· протаивание многолетнемерзлых грунтов ложа и береговой зоны;

· возникновение и активизация геодинамических процессов;

· изменение режима и химического состава подземных вод;

· вскрытие и растворение торфяников.

Подтопление и заболачивание береговой зоны может иметь следующие последствия:

· ухудшение свойств грунтов прилегающей территории с развитием склоновых процессов (оползни, обвалы, осыпи, сплывы и др.), карста, растворения и выщелачивания карбонатных и галогенных пород;

· формирование просадок в лессах;

· изменение режима и химического состава подземных вод;

· изменение термовлажностного режима грунтов на обширных территориях, что особенно важно в области распространения многолетнемерзлых пород, где возможна активизация склоновых процессов, термокарста и криогенного пучения;

· улучшение условий эксплуатации существующих в береговой зоне сооружений.

Прогнозирование процессов подтопления и оценка возможностей использования подтопляемых территорий должны производиться в соответствии со СНиП 2.06.15-85 и на основе Рекомендаций П 71-78/ВНИИГ и Справочного пособия [16].

Геодинамические процессы в зоне водохранилищ возникают вследствие механического (статического и динамического) и теплового воздействий, которые создаются массой воды, а также изменения состава и свойств пород прибрежной зоны.

Активизация обвально-оползневых явлений может происходить в результате следующих процессов:

· подмыв берегов, развитие суффозионных процессов в основаниях склонов;

· снижение прочности пород при их увлажнении или растворении цементирующих веществ;

· развитие взвешивающего давления в нижней части оползнеопасного склона или стабилизировавшегося до заполнения водохранилища оползня;

· рост порового давления в массиве пород при их обводнении в результате подъема уровня подземных вод;

· фильтрационно-суффозионные процессы в береговых массивах;

· размыв нижней прибереговой части склона или оползневого тела с уменьшением их устойчивости.

Толчком для формирования обвально-оползневых явлений может послужить увлажнение пород в результате повышения влажности воздуха в береговой зоне водохранилища при выпадении атмосферных осадков, а также при осаждении водяной пыли, образующейся при работе водосливов.

При сработках водохранилищ (особенно быстрых) в крупнообломочных породах может возникать суффозия, что ведет к уменьшению устойчивости склонов и откосов, интенсификации фильтрационных процессов.

Склоновые и другие геодинамические процессы могут активизироваться или возникать в процессе строительства, первого наполнения, последующих сработок и наполнений.

Изменение влажностного режима в зоне водохранилища может вызвать дополнительные осадки построенных ранее сооружений, а в лессовых породах - формирование просадочных явлений.

В области распространения многолетнемерзлых пород по указанным выше причинам активизируются или возникают обвально-оползневые явления, смещения курумов, солифлюкция, термокарст, криогенное пучение, наледеобразование, морозобойное растрескивание, термоэрозия. В связи с изменением термовлажностного режима территории развиваются тепловые осадки как построенных сооружений, так и незастроенных участков местности.

Эксплуатация водохранилищ неизбежно ведет к переформированию берегов. Степень и масштабы такой переработки зависят от интенсивности волнового воздействия, морфологии берегового склона и свойств слагающих его пород. Зона переформирования возрастает по мере увеличения крутизны склона и перехода от скальных к нескальным и неустойчивым к воздействию воды и температуры породам. Прогнозирование переформирования может выполняться в соответствии с Методическими рекомендациями П 30-75/ВНИИГ.

Создание водохранилищ приводит к изменению режима и изменению химического состава подземных вод, а также к формированию новых водоносных горизонтов.

Под влиянием водохранилища меняются уровни подземных вод, напоры водоносных горизонтов, гидравлические уклоны и дебиты, местоположение и дебиты источников. Причинами изменения химического состава подземных вод могут явиться:

· растворение и выщелачивание карбонатных, сульфатных и галогенных пород;

· растворение и выщелачивание химических веществ, в том числе вредных, в частности радиоактивных;

· отжатие из глубинных подземных вод сильноминерализованных, радиоактивных и термических вод;

· растворение торфяников.

В нижнем бьефе гидроузлов подтопление территорий и берегообрушение могут происходить вследствие прохождения волн попусков при осуществлении регулирования мощности ГЭС, а также вследствие зажорно-заторных подъемов уровней воды.

Существует мнение, что при высоте плотин более 100 м, объемах водохранилища свыше 100 млн. м³ и при концентрации значительной массы воды в узких речных долинах может происходить перераспределение напряжений в земной коре, вызывающее "наведенные" землетрясения, по интенсивности не превышающее расчетные, но характеризующиеся большей повторяемостью. Эта проблема не может считаться выясненной и для ее окончательного решения требует специальных наблюдений и исследований.

Процессы, которые могут возникнуть или возникают в зоне, прилегающей к водохранилищу, подлежат обязательному мониторингу. Особое внимание должно уделяться участкам, где такие процессы могут оказать отрицательное воздействие на экологическую обстановку территории.

Положение указанных участков выбирается после окончательного установления контура водохранилища, исходя из геолого-геоморфологических условий береговой зоны.

Наблюдения ведутся за потенциально неустойчивыми склонами, территориями проявления геодинамических, в том числе криогеодинамических, процессов, за режимом и химическим составом подземных вод.

Система мониторинга включает визуальные обследования, периодические, в том числе стационарные, наблюдения за водопроявлениями, смещениями, деформациями и другими явлениями, отбор и анализ проб пород и воды. В области распространения многолетнемерзлых пород обязательна постановка режимных наблюдений за изменением температурного и криогенного состояния береговых массивов.

Частота и объем наблюдений определяются конкретными инженерно-геологическими условиями участка, ответственностью и ценностью расположенных или располагаемых на нем объектов (промышленные, гражданские сооружения, дороги, пастбища, лесные угодья, заповедники, исторические памятники и др.).

Мониторинг, особенно на потенциально опасных участках, должен начинаться на стадии обоснования проекта и продолжаться в период заполнения и эксплуатации водохранилища. Он может быть приостановлен, если получены неоспоримые доказательства затухания наблюдаемого процесса.

Основой мониторинга является прогнозная оценка преобразования геологической среды при взаимодействии с гидротехническими сооружениями, которая ведется на основании многофакторного анализа процессов взаимодействия геологической среды и гидрокомплекса.

При прогнозировании используются качественные и количественные (в том числе расчетные) методы [17]. Большую помощь может оказать применение метода натурных аналогий [18].

Прогнозирование многолетнего протаивания грунтов в ложе и бортах водохранилищ в криолитозоне выполняется на основе моделирования и решения задач тепломассопереноса в системе водохранилище - грунтовый массив, в которой грунтовый массив представлен частью или полностью многолетнемерзлыми грунтами с различной льдистостью и водопроницаемостью при оттаивании [19].

По результатам решения тепловых задач или совместно с этими решениями выполняются расчеты фильтрационных потерь, гидрохимического преобразования природных вод, термокарстовых осадок ложа, термоабразионного переформирования берегов водохранилищ и т.п.

Все прогнозы подлежат обязательной проверке по результатам наблюдений, а методы, использовавшиеся при составлении прогнозов, - уточнению и корректировке.

Система мониторинга направлена на минимизацию негативных последствий ГТС и геологической среды. Это достигается путем регулирования с помощью комплекса мероприятий и специальных конструкций (дренажных, противофильтрационных, теплоизоляционных, охлаждающих, укрепляющих и т.д.), разработанных на основе прогнозирования развития неблагоприятных геодинамических процессов в зоне влияния гидротехнических сооружений.

1.3.4 Изменения гидробиологического режима

Гидробиологический режим водохранилищ, нижних бьефов и связанных с ними водоемов формируется следуя изменениям качественного состава водной среды, обусловленным зарегулированием стока.

Под влиянием загрязняющих веществ происходят изменения в качественном и количественном составе биоценозов: одни виды исчезают, другие развиваются с высокой степенью их продуцирования. Изменения видового состава происходят уже при столь слабом загрязнении воды, которое может быть не обнаружено с помощью химических методов.

Биоту зарегулированных рек следует рассматривать в трех основных аспектах: как непосредственно эксплуатируемый природный ресурс, как индикатор экологического состояния и как фактор формирования качества воды [13]. Концентрация органического вещества в воде зарегулированных водных потоков имеет прямую зависимость от интенсивности биотического круговорота в объеме воды в единицу времени.

Содержание фитопланктона, нитчатых водорослей, микробной составляющей характеризует качество поверхностных вод. На этой основе разработана [20, 24] система комплексной экологической оценки качества поверхностных пресных вод. Эта система, являющаяся одной из наиболее полных из ныне существующих для получения характеристики состояния водных экосистем, составлена на основе анализа качественного и количественного состава гидробиоценозов и учитывает гидрофизические и гидрохимические показатели, которыми необходимо руководствоваться при оценке влияния хозяйственной деятельности на водный объект в соответствии с нормативными документами, утвержденными уполномоченными органами РФ в области охраны окружающей среды.

При оценке влияния гидротехнических сооружений на гидробиологический режим водотока следует иметь в виду, что водотоки являются сложной самовоспроизводящейся экосистемой, обладающей гомеостазом, т.е. способностью сопротивляться возмущающему воздействию внешних абиотических факторов. Это свойство водных экосистем обеспечивается прямыми и обратными связями (энергетическими и информационными) неорганических и биотических компонентов. Сохранение гомеостаза возможно лишь в определенных пределах изменения внешних абиотических факторов -- пределах сопротивляемости системы (резистальности). Выход фактора за эти пределы приводит к гибели экосистемы. Длительное существование экосистемы возле верхней или нижней границы сопротивляемости ведет к постепенной ее деградации и, в конечном итоге, к гибели [21, 22].

Сооружение гидроузлов приводит к нарушению гомеостаза экосистемы. В верхнем бьефе река, как экосистема, уничтожается полностью, а на ее месте образуется водохранилище - новая природно-техническая система, еще не ставшая экосистемой и, соответственно, не имеющая свойств самовоспроизводства и гомеостаза. В нижнем бьефе номинально сохранившаяся речная экосистема претерпевает изменения, вызванные зарегулированием стока, в результате чего нарушается гомеостаз системы, что может привести к ее деградации.

Основой речной экосистемы является собственно река с придаточными водоемами (заливы, ерики и т.п.), пойма, включающая пойменные озера, луга с древесно-кустарниковой растительностью, прилегающая к пойме склоновая терраса с ее флорой и фауной.

Биологическая продуктивность русла реки зависит от скорости потока. В реках со значительными скоростями течения (более 1 м/с) преобладают прикрепленные формы водной растительности, а толщу потока населяют, способные противостоять течению рыбы, крупные беспозвоночные. Наличие растительного и животного планктона характерно для рек со скоростями течения менее 1 м/с.

Зарегулирование стока оказывает наиболее ощутимое воздействие на гидробиологический режим руслового и пойменных потоков. При оценке влияния изменений, вызванных гидросооружениями, необходимо учитывать, что русло реки и в зарегулированных условиях остается местом сохранения речной биоты во время неблагоприятного зимнего периода, а также местом нереста и инкубации икры наиболее ценных в промысловом отношении рыб (сиговые, лососевые, осетровые, налим).

Наиболее продуктивной частью речной экосистемы является пойма как с точки зрения образования "первопищи" для водных, околоводных и наземных сообществ, так и с позиций получения хозяйственно ценной продукции (рыб, пушной и пернатой дичи, сена). Пойма имеет важное значение, особенно возле крупных городов, при рекреационном использовании экосистемы реки в целом. Затопление поймы во время весенне-летне-осенних половодий и паводков является основой биотического круговорота экосистемы реки в естественных условиях. При этом происходит удобрение поймы - обогащение ее основными биогенными элементами (Р, Na, К), микроэлементами, взвешенным органическим веществом. Малая толщина водного слоя обеспечивает быструю прогреваемость воды и способствует интенсификации процесса обмена веществ всех организмов, поскольку интенсивность этого процесса связана с температурой. Пойменные озера и временные водоемы являются местом нереста и поднаращивания личинок весенненерестующих рыб. В заливаемой пойме урожай трав на порядок и более выше, чем в соседних зонах. То же самое относится к образованию кормов для животных разных биологических видов от простейших до млекопитающих, в том числе и промысловых.

При зарегулировании рек на пойму нижнего бьефа поступает осветленная вода, обедненная илистыми частицами и микроорганизмами, которые частично задерживаются в водохранилище. Результатом этого может явиться снижение биологической продуктивности поймы.

Придаточные водоемы реки (заливы, затоны и т.п.) испытывают меньшее влияние зарегулирования стока и сохраняют в основном благоприятные условия образования "первопищи" для всей трофической сети экосистемы: первичной продукции фитопланктона некоторых прикрепленных форм растений, приносимых извне готовых органических веществ.

При оценке влияния зарегулирования стока на экосистему нижнего бьефа важно иметь в виду следующие факторы:

1. Изменение количества поступающего с водой тепла. Последствия этого фактора наиболее заметны в зимний период, когда происходит изменение длины полыньи в зависимости от температуры поступающей в нижний бьеф воды (глубинный, поверхностный водозабор), ее расхода и температуры воздуха.

2. Поступление дополнительного количества биогенных элементов в минеральной форме. Это явление имеет место при глубинных водозаборах, когда вода забирается из гиполимниона стратифицированного водохранилища, где концентрация биогенов на порядок выше, чем у поверхности (в эпилимнионе) [23]. При наличии в русле твердых грунтов (скала, камень, крупная галька) ниже водопропускных сооружений образуются водорослевые маты из нитчатых водорослей, которые, отрастая, обрываются, загрязняя нижележащие участки реки.

3. Снижение годового стока и его перераспределение. Снижение стока происходит на любом гидроузле, главным образом, за счет испарения и фильтрации, особенно значительных в регионах с поливным земледелием. Межсезонное перераспределение стока приводит к противоречию требований максимальной выработки энергии и сезонной ритмики биотических процессов в экосистеме.

В результате речные экосистемы нижних бьефов гидроузлов номинально продолжают существовать (гомеостаз, в принципе, еще сохранен), но во многих случаях может происходить их деградация вследствие функционирования у нижних пределов сопротивляемости системы.

1.3.5 Изменения животного мира

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.

Создание водохранилищ, каналов и т.п. 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 зимования, 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.

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:

1. 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 биоразнообразия может происходить не только за счет исчезновения редких видов, но и за счет исчезновения некоторых фоновых видов.

2. 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.

Частичное восстановление биопродуктивности возможно только при условии проведения определенного комплекса природоохранных мероприятий.

3. 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.

Сохранившиеся после заполнения водохранилища долины могут способствовать стабилизации и частичному восстановлению нарушенных экосистем, в том числе сохранению биологической продуктивности. Для объективной оценки состояния экосистем необходимо проведение экологического мониторинга, который позволит получить ряд многолетних наблюдений, характеризующих длительный цикл воздействия гидростроительства на фауну рассматриваемой территории.

Для каждого типа мест обитаний животных в пределах территории влияния гидростроительства составляются списки видов, определяется их численность. Биомасса животных разных видов до гидростроительства является базовой и для прогнозирования изменений в сообществах в разные периоды функционирования гидросооружений.

Выявление разницы в биомассе животных в условиях изменившейся экосистемы в сравнении с предшествующими первичными экосистемами до создания гидроузла является основным принципом расчета ущербов.

Различают качественный и количественный ущерб животному миру в пределах территории влияния гидроузла.

Количественный ущерб - влияние гидростроительства на круговорот вещества в экосистемах за счет изъятия определенной биомассы животных как компонента природных комплексов. Показателями ущерба являются:

· полное изъятие части популяции видов, населявших зоны затопления, переработки берегов и сильного подтопления водохранилища;

· недополучение вторичной продукции в виде молодых особей.

Количественная сторона ущерба может быть представлена в стоимостном выражении. В основном, расчет ущерба, наносимого в результате гидростроительства, относится к наземным позвоночным животным. Стоимостная оценка биомассы дается для различных групп животных и отражает их потребительскую стоимость в зависимости от хозяйственного использования и значения для экономики. Выделяют три основных группы видов:

· охотничье-промысловые;

· редкие и исчезающие виды, занесенные в Красную Книгу;

· хозяйственно неиспользуемые.

Качественная сторона ущерба животному миру при гидростроительстве заключается в нарушении биоразнообразия сообществ:

· в снижении видового разнообразия;

· в изменении структуры сообществ;

· в переходе массовых и обычных видов в категорию редких и исчезающих.

Качественный ущерб может быть выражен только в экологических понятиях.

Эколого-экономический ущерб животному миру на территории влияния гидроузла определяется как сумма ущербов в различных зонах влияния. Если ущерб обусловлен деятельностью, изменяющей среду обитания животных и приводящей к нарушению воспроизводства популяции, то размер компенсационных выплат устанавливается с учетом всей территории, испытывающей негативное влияние на все время этого влияния.

Порядок оценки эколого-экономического ущерба, нанесенного животному миру в результате гидростроительства, определяется с использованием Методики [29].

1.3.6 Изменения растительности

Использование земли для строительства гидротехнических сооружений и создания водохранилищ приводит к отчуждению и сокращению площадей, занятых растительностью (луговой, кустарниковой, лесной и т.д.), а также к изменению условий произрастания растительности на территории, подверженной влиянию гидроузла. Изменение влажности и гидрохимического состава почв, изменение климатических условий вблизи водохранилищ и их нижних бьефов может оказать заметное влияние на интенсивность развития растений, создать благоприятные условия для одних видов и неблагоприятные для других. Эти вопросы должны найти отражение при анализе воздействия ГТС на окружающую среду.

Процессы, происходящие на прибрежной зоне водохранилища (подтопление, переработка берегов, изменение микроклимата), их масштабность и разнонаправленность будут влиять на изменение характеристики биологического разнообразия - численность и качество экологически консервативных представителей биоты, особенно на популяции редких и исчезающих видов растений, которые острее других компонентов биоты реагируют на природные и антропогенные воздействия. Так в результате подтопления и изменения микроклимата растительный покров меняется в сторону мезофитизации и гигрофитизации. В целом создание водохранилищ может оказать впоследствии негативное влияние на генофонд, особенно редких видов растений, которые окажутся в зоне его воздействия. Однако имеются примеры и положительного влияния изменения климата на прирост лесов в различных природных зонах.

В нижнем бьефе в результате зарегулирования стока изменяются условия, формирующие почвенный покров и пойменную растительность. Формирование естественных лугов и их качество (краткопоемные, среднепоемные, долгопоемные) обусловлено частотой и продолжительностью затопления весной, степенью выраженности аллювиального процесса, что тесно связано с рельефом местности, высотным расположением лугов в долине реки, климатическими условиями района. Одним из характерных примеров изменения условий служит рассмотренный в процесс преобразования русловых побочней в пойму, обусловленный регулированием стока и трансформацией русла.

Вследствие снижения паводковых расходов происходит осуходоливание (обезвоживание) пойменных земель. Одновременно с этим за счет снижения продолжительности затопления улучшается режим увлажнения земель, расположенных ниже зоны осуходоливания, происходит снижение частоты и продолжительности затопления поймы, что приводит к трансформации поемности лугов (в сторону увеличения суходольных и краткопоемных) более низкого кормового качества.

Обезвоживание отрицательно влияет на пойменные заливные луга (сенокосы и пастбища), расположенные в пределах горизонта паводка 25% обеспеченности. Однако для некоторых природных зон этот фактор может носить и положительный характер, например, снижение пойменной заболоченности при регулировании стока на участках нижнего бьефа Колымской и Усть-Среднеканской ГЭС.

Изменение водного режима реки в результате зарегулирования стока может привести к сокращению площади поймы, инициировать изменение сложившегося в предшествующий период динамического равновесия в направлении формирования нового равновесного состояния пойменных ландшафтов (во многих случаях с преобладанием процессов облесения) в соответствии с изменившимся комплексом факторов поймообразования.

Изменения первичных экологических режимов пойменного комплекса затрагивают все его составляющие: луга, болота, древесно-кустарниковые сообщества, прибрежно-водные сообщества.

Изменение в растительном покрове поймы нижнего бьефа происходит и в результате срезки уровней в период летне-осенних наводнений (в основном это положительное влияние), что должно также учитываться при прогнозировании водного режима зарегулированных водотоков.

Зимние затопления поймы и образование на ней наледей с вероятностью повторения более 25% ведут к деградации растительного покрова в болотный (гигрофиты) тип с низкой хозяйственной и биологической ценностью.