Оценка экологических и экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ

3. Оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа

3.1 Алгоритм расчета экологического стока

Алгоритм расчета экологического стока при наличии длительных рядов наблюдений сводится к следующей последовательности операций:

ь формируются матрицы среднемесячных расходов воды и рассчитываются среднегодовые расходы воды;

ь определяются расчетные значения естественного годового стока различной обеспеченности;

ь по установленным на основе массового машинного эксперимента соотношения обеспеченности естественного и экологического стока принимаются следующие значения годового стока 99% естественного как 95% экологического, 75% естественного как 50% экологического, 50% естественного как 25% экологического и т.д. [30];

ь относительное (в долях от единицы) расчетное внутригодовое распределение экологического стока принимается равным распределению естественного стока той же смежной обеспеченности (99%-95%, 95%-85% и т.д.);

3.2 Проверка на однородность

Для расчета экологического стока используются ряды гидрологических наблюдений за расходами воды (Q) за многолетний период (Т), которые подвергаются статистической обработке. Ее проведение предполагает однородность исходных величин и их случайный характер. Если степень случайности определяется естественными причинами, то нарушение однородности значений временных рядов зависит в основном от искусственных факторов. Поэтому в условиях активного антропогенного воздействия на водный режим, необходим анализ однородности исходной гидрологической информации. Анализ однородности временных рядов может проводиться графически и заключается в построении суммарных кривых связей вида УQ=f(T). Основное их свойство заключается в том, что при неизменном режиме колебаний гидрологических характеристик суммарная кривая является осредненной прямой линией, при нарушении режима она отклоняется от прямой под углом [31].

При проведении графического анализа по 4 постам рек Башкортостана, на которых расположены крупнейшие в республике водохранилища (рис. 3),

ь р. Уфа - с. Верхний Суян.

ь р. Уфа - створ Павловской ГЭС,

ь р. Белая - г. Уфа,

ь р. Белая - г. Бирск,

Рисунок 3 - Схема распределения исследуемых постов.

После анализа однородности строятся кривые обеспеченности среднегодовых расходов воды (м³/с) по исследуемым постам, значения обеспеченности для которых рассчитывается по формуле:

,

где p - вероятность превышения величины стока в процентах;

m - порядковый номер величины среднегодового расхода воды в ранжированном по убыванию ряду;

n - общее количество членов убывающего ряда расхода воды.

Таким образом, строятся три кривые внутригодового распределения стока:

· естественный (до строительства гидроузлов);

· экологический (согласно вышеприведенному методу от естественного);

· измененный (после строительства водохранилища).

3.3 Расчет экологического стока для рек Республики Башкортостан

В исследуемом периоде (1878-1998гг.) выделены два этапа антропогенного воздействия на рр. Белую и Уфу, отличающиеся различной интенсивностью и характеризующие изменение режима речного стока в результате гидротехнического строительства:

· 1878-1960гг. - период от начала гидрометрических наблюдений до ввода в эксплуатацию Павловского водохранилища назван условно-естественным периодом;

· 1961-1998гг. - период функционирования гидроузла назван периодом измененного речного стока.

Для оценки произошедших количественных изменений речного стока и их влияния на устойчивость речной экосистемы в качестве экологического критерия, учитывающего взаимосвязь элементов гидрологического режима и биоценозов поймы русла, использован экологический сток.

Для расчета среднемесячных значений экологического стока рр. Белой и Уфы (по методике Фащевского Б.В.) в исследуемых створах построены эмпирические кривые обеспеченности ежемесячных значений расходов воды за условно-естественный период (1878-1960гг.), на основании которых построены кривые обеспеченности экологического стока. Также построены кривые обеспеченности ежемесячных значений расходов воды в створах для измененного периода (1961-1998гг.).

По полученным кривым определены среднемесячные значения естественного, экологического и измененного стока рр. Белой и Уфы в диапазоне варьирования 25-95 % обеспеченности (многоводный - очень маловодный год), которые приведены в таблицах:

Таблица 6. Расчетные характеристики внутригодовых значений экологически необходимых расходов воды, м³/с для р. Уфа - с. Верхний Суян

Таблица 7. Расчетные характеристики внутригодовых значений экологически необходимых расходов воды, м³/с для р. Уфа - ПГЭС

Таблица 8. Расчетные характеристики внутригодовых значений экологически необходимых расходов воды, м³/с для р. Белая - г. Уфа

Таблица 9. Расчетные характеристики внутригодовых значений экологически необходимых расходов воды, м³/с для р. Белая - г. Бирск

Анализ полученных данных показывает, что Павловский гидроузел в весенне-летний паводок сдерживает большие массы воды, а в межень, наоборот, увеличивает, тем самым, выравнивая кривую внутригодового стока. Однако измененный сток лежит выше пределов экологического только в годы 25% и 50% обеспеченности, в то время как в годы с более вероятной водностью (75% и 95%) экологический сток не обеспечивается. Ниже по течению влияние уменьшается, но даже в районе г. Уфы сохраняется необеспеченность экологического стока в годы с 95% - ой обеспеченностью.

На основе полученных результатов построены гидрографы речного стока (естественного, экологического и измененного) для исследуемых створов, представленные на рисунках 4,5,6,7.

Рисунок 4. Диаграмма стока (р. Уфа - с. Верхний Суян) при 95 % обеспеченности

Из рисунка 4 видно, что на р. Уфа в створе с. Верхний Суян в весеннее - летний период экологический сток не обеспечивается.

Рисунок 5. Диаграмма стока (р. Уфа - ПГЭС) при 95 % обеспеченности

Из рисунка 5 видно, что Павловский гидроузел в период с середины апреля до начала июня сдерживает большие массы воды, тем самым не обеспечивая экологический сток.

Рисунок 6. Диаграмма стока (р. Белая - г. Уфа) при 95 % обеспеченности

Из рисунка 6 видно, что на р. Белая в створе г. Уфы в весенний и летний периоды не обеспечивается экологический сток.

Рисунок 7. Диаграмма стока (р.Белая - г. Бирск) при 95 % обеспеченности

Из рисунка 7 видно, что на р. Белая в створе г. Бирск экологический сток незначительно отличается от измененного стока. На основании этого можно сделать вывод, что строительство Павловского водохранилища незначительно повлияло на водоток р. Белой в створе г. Бирск. Ввиду того, что г. Бирск достаточно отдален от ПГЭС.

Анализ кривых показал, что в месяцы половодья гидроузлы сдерживают слишком большие объемы стока, в результате чего экологический сток не обеспечивается.

В ситуации, когда нормирование степени зарегулирования стока гидротехническими сооружениями основывается только на экономических требованиях и частично на требованиях безопасности при паводках, официальных нормативов по влиянию количества оставляемого в нижнем бьефе гидроузлов стока не существует. Поэтому полученные результаты позволяют рекомендовать данный критерий для использования при планировании деятельности водохранилищ с учетом экологических особенностей водотоков, водности года и в зависимости от фазы водного режима объекта.

Заключение

1. На основе литературного обзора следует вывод, что, создавая плотины и водохранилища для получения энергии и решения проблем водного хозяйства, человек неизбежно и сознательно идет не только на изменение природной среды, активное вторжение в окружающую природу, и это вторжение влечет за собой перестройку экосистемы на определенной территории, но и на создание нового потенциально опасного объекта.

Строительство водохранилищ имеет позитивные экономические и негативные экологические последствия, включая потенциальную опасность для населенных пунктов, лежащих на прилегающих к водохранилищу территориях. (Однако следует отметить, что значительные или заметные изменения в окружающей среде вызывают преимущественно крупные и некоторые средние водохранилища. Влияние небольших и малых водохранилищ на природу и хозяйство территории обычно невелико, а нередко и положительно.) Позитивная сторона довольно ясна: производство энергии, водоснабжение промышленных центров, ирригация и улучшение условий для водного транспорта, рекреация и др.

Негативная сторона довольно многообразна и основана на реальном опыте:

1. В верхнем бьефе:

§ развитие ветровой абразии;

§ переработка берегов водохранилища и их трансформация;

§ заболачивание новых территорий в результате подтопления их водохранилищем;

§ изменение качества вод (содержание растворенного кислорода, эвтрофикация и т.д.);

§ изменение термического и ледового режимов;

§ аккумуляция в донных отложениях токсичных веществ;

§ изменение уровневого и скоростного режимов;

§ отчленение плотиной нерестилищ проходных и полупроходных рыб.

2. В нижнем бьефе:

§ переосушение поймы в результате изменения водного режима;

§ изменение качества вод;

§ увеличение эрозионной способности благодаря осветлению воды в верхнем бьефе;

§ изменение термического и ледового режимов;

§ уменьшение частоты формирования руслоформирующего и поймоформирующего расходов;

§ изменение местных климатических условий (увеличение влажности, скорости ветра и т.п.).

3. Произведена оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.

В результате анализа рассчитанных значений экологического стока рек РБ, выявлено, то, что строительство Павловского гидроузла вызвало гидроэкологические изменения в нижнем бьефе, а именно на р. Уфа в створе с. Верхний Суян и ПГЭС, а также на р. Белая в створе г. Уфа, где в результате строительства Павловского водохранилища не обеспечивается экологический сток в весеннее - летний период.

Также было выявлено, то что это строительство не повлияло на экологический сток р. Белой в створе г. Бирск. Это связано с тем, что г. Бирск находится на довольно большом расстоянии от ПГЭС.

Библиографический список

1. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана. - Уфа: "Китап", 2001 г.

2. Гареев А.М. Географо-экологические основы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна реки.- Челябинск, 1989 г.

3. Каганов Г.М., Румянцев И.С. Гидротехнические сооружения: Учебник для техникумов. В 2-х кн. Кн.2 - М.: Энергоатомиздат, 1994. - 272 с.

4. Водохранилища / А.Б. Авакян, В. П. Салтанкин, В.А. Шарапов. - М.: Мысль, 1987г. - 325с. - (Природа мира).

5. Гинко С. С. Основы гидротехники. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976г. - 368с.

6. Векслер А.Б., Ивашинцов Д.А., Стефанишин Д.В. Надежность, социальная и экологическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятие решений. СПб.: Изд-во ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева". 2002.

7. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат. 1998.

8. Векслер А. Б., Доненберг В. М. Переформирование русла в нижних бьефах крупных гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат. 1983.

9. Кузьмин И. А. Русловые процессы и их изменение под воздействием гидротехнических сооружений // Труды Гидропроекта. 1973. № 30. С. 37-72.

10. Лапшенков B.C. Прогнозирование русловых деформаций в бьефах речных гидроузлов. Л.: Гидрометеоиздат. 1979.

11. Векслер А.Б., Доненберг В.М., Мануилов В.Л., Фрид Р.С. Метод расчета трансформации русла в нижних бьефах гидроузлов // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Ч. 1. Т. 230. 1997. С. 115 - 130.

12. Указания по расчету заиления водохранилищ при строительном проектировании. Л.: Гидрометеоиздат. 1973.

13. Фадеев В.В., Тарасов М.Н., Павенко В.Л. Связь между гидрохимическим и водным режимом равнинных и горных рек СССР // Труды IV гидрологического съезда / Т. 9. Качество вод и научные основы их охраны. Л.: Гидрометеоиздат. 1976. С. 198-212.

14. Сборник методик расчетов и нормативных документов по курсу "Охрана атмосферного воздуха": Методические указания. Л.: Гидрометеоиздат. 1987.

15. Наставления гидрометеостанциям и постам. Вып. 7. Гидрометрические наблюдения на озерах и водохранилищах. Л. 1973.

16. Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застроенных территориях. Справочное пособие к СНиП 2.06.15-85/ ВНИИ ВОДГЕО. Стройиздат. 1991.

17. Каган А.А. Инженерно-геологическое прогнозирование. М: Недра. 1984.

18. Розовский Л.Б., Зелинский И.П. Инженерно-геологические прогнозы и моделирование. Одесса: Изд. Одесского ун-та. 1975.

19. Природные опасности России. Геокриологические опасности /Под ред. В.И. Осипова, С.К. Шойгу М.: Изд. фирма "Крук". 2000.

20. Жукинский В.Н., Оксиюк О.П. Методологические основы экологической классификации качества поверхностных вод суши // Гидробиологический журнал. 1983. Т. 19 № 2. С. 59 - 67.

21. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир. 1975.

22. Рамад Ф. Основы прикладной экологии: воздействие человека на биосферу (пер. с фр.). Л.: Гидрометеоиздат. 1981.

23. Хатчисон Д. Лимнология. М.: Прогресс. 1969.

24. Федоров М.П., Шилин М.Б., Ролле Н.Н. Экология для гидротехников. СПб.: Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1992.

25. Руководство по прогнозированию медико-биологических последствий гидротехнического строительства / Научный совет по проблемам биосферы АН СССР. М.. 1990.

26. Готлиб Я.Л., Донченко Р.В., Пехович А.И., Соколов И.Н. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС. Л.: Гидрометеоиздат. 1983.

27. Авакян А.Б., Бойченко В.К., Салтанкин В.П. Оценка рекреационного потенциала водохранилища в проектной практике // Гидротехническое строительство. 1986. № 7. С. 30-32.

28. Каякин В.В., Мулина А.В. Социально-экологический мониторинг при гидротехническом строительстве//Гидротехническое строительство. 1993. № 3. С. 2 - 8.

29. Методика оценки вреда и исчисления размера ущерба от уничтожения объектов животного мира и нарушения среды их обитания // М.: Госкомэкология России. 2000.

30. Фащевский Б. В. Основы экологической гидрологии - Минск: "Экоинвест", 1996 г.

31. Рекомендации. Анализ однородности речного стока. Центральный НИИ комплексного использования водных ресурсов, в/о "Союзводпроект". Утверждены директором ЦНИИКИВР 1 октября 1984 г.

32. Винберг Г. Г. (ред.) Общие основы изучения водных экосистем. Л.: Наука. 1976.

33. О гидрохимической изученности крупных речных бассейнов / Веселовский Н.В., Путинцева B.C., Манихина Р.К. и др. // Труды IV Всесоюзного гидрологического съезда / Т. 9. Качество вод и научные основы их охраны. Л.: Гидрометеоиздат. 1976. С. 102 - 107.

Приложение А

Выбор основных параметров проектирования и основных технических решений ГТС с позиций охраны окружающей среды и рационального природопользования

Виды оценки влияния ГТС на окружающую среду, производимые на различных этапах проектирования и эксплуатации

Нежелательные эффекты гидротехнического строительства

Перечень характерных неблагоприятных воздействий гидротехнического строительства на окружающую среду

Полезные эффекты гидротехнического строительства