Водохранилища гидроэлектростанций и их влияние на экологию

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Водохранилище, как водный объект

Схема влияния водохранилища на природную среду

Влияние водохранилищ ГЭС на водные биоресурсы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

С давних времен человечество использует природные ресурсы для удовлетворения собственных потребностей. Основной потребностью во все времена, от древних цивилизаций до нашего времени, была потребность в пресной воде. Она необходима каждому человеку ежедневно. Поэтому с давних времен ключевым фактором развития городов становилось наличие реки или озера. Многие древние цивилизации развивались в аридных областях, где было необходимо искусственное орошение земли. В таких областях и появились первые водохранилища.

С тех пор прошло немало времени, и в настоящее время регулирование речного стока с помощью водохранилищ используется достаточно широко, и без них сложно представить такие отрасли как промышленность, сельское хозяйство, транспорт, энергетика. Но с увеличением числа водохранилищ растет и число территорий, подпадающих под их влияние, которое во многих случаях оказывается отрицательным. Создание водохранилищ существенно изменяет ландшафт речных долин, а регулирование ими стока преобразует естественный гидрологический режим реки в пределах подпора. Изменения гидрологического режима, вызываемые созданием водохранилищ, происходят также и в нижнем бьефе, иногда на протяжении десятков и даже сотен километров. Особое значение имеет уменьшение половодий, в результате чего ухудшаются условия нереста рыб и произрастания трав на пойменных лугах. Уменьшение скорости течения вызывает выпадение наносов и заиление водохранилищ; изменяется температурный и ледовый режим.

Водохранилище, как водный объект

Водохранилище - сложное и особое гидротехническое сооружение, выполняющее определенные функции, играющее важную роль в хозяйственной деятельности человека и оказывающее весомое влияние на окружающую среду в целом и на гидросистему в частности.

Среди естественных водоемов аналогов водохранилищам нет. Следовательно, стоит отметить наиболее важные особенности водохранилища, которые помогут дать его более полное определение

- это антропогенные, управляемые человеком объекты, испытывающие также и сильное природное воздействие

- они заметно и значительно воздействуют на окружающую среду, вызывая изменения природных и хозяйственных условий на прилегающей территории

- наличие особой системы внутриводоемных процессов - гидрологических, гидрофизико-химических и гидробиологических

- для них характерна чрезвычайно высокая динамичность развития

- водохранилища - водоемы, наиболее интенсивно используемые различными отраслями хозяйства [1]

Использование водохранилищ в хозяйственной деятельности человека настолько широко, что оно приводит к формированию на каждом значительном водохранилище водохозяйственного комплекса (ВХК) - единство водных источник, систем их преобразования и управления в целях водопользования. ВХК включает в себя ряд компонентов, т. е. все отрасли хозяйства, использующие водохранилища и реку в нижнем бьефе, среди которых выделяют непосредственных участников ВХК - отрасли, заинтересованы е в создании водохранилища и его финансировании. К таким отраслям относятся: водоснабжение, водоотведение, гидротехнические мелиорации, гидроэнергетика, водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство, здравоохранение, водные рекреации и др. Остальные отрасли используют водохранилище, поскольку оно существует. В свою очередь к ВХК предъявляют ряд требований:

- рациональное обеспечение потребителей водой в достаточном количестве и соответствующего качества;

- сохранение природных условий и гарантии охраны воды от загрязнения, засорения и истощения;

- обеспечение наибольшего народнохозяйственного экономического эффекта;

- гарантии простой и надежной работы. [2]

Также следует отметить характерные уровни и объемы водохранилища (рис.1)

Рис. 1 Характеристика водохранилища.

Нормальным подпорным уровнем (НПУ) называется максимальный уровень воды, при котором ГЭС и все сооружения гидроузла могут работать сколь угодно длительно. Объем водохранилища при отметке НПУ называется полным объемом. Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка при нормальной эксплуатации, называется уровнем мертвого объема (УМО). Ниже этого уровня возможна лишь аварийная сработка водохранилища. Объем воды между НПУ и УМО называется полезным, так как этот объем используется при регулировании стока в нормальных условиях эксплуатации. Объем воды, находящийся ниже УМО, называется мертвым, так как он не используется в нормальных условиях эксплуатации.

При прохождении расхода очень редкой повторяемости (катастрофический паводок), существенно превышающего пропускную способность ГЭС и водосбросных сооружений, уровень воды в водохранилище повышается выше НПУ. Максимально возможный уровень воды в водохранилище по условиям надежности сооружений называется форсированным подпорным уровнем (ФПУ). Объем водохранилища между отметками ФПУ и НПУ называется резервным. Он используется только для трансформации (срезки) половодий редкой повторяемости. Резервный объем должен быть сработан до НПУ сразу же по прошествии половодья.

Схема влияния водохранилища на природную среду

Воздействие водохранилища осуществляется по подвижным компонентам ландшафта:

Водным и воздушным массам, животному миру. Воздушные массы, проходя над акваторией, трансформируются, приобретают новые черты и создают тем самым зону климатического влияния. Движение водных масс создает зону размыва и аккумуляции берегов, зону гидрологического влияния (подпор боковых рек, притоков главной реки) и зону гидрогеологического влияния, связанную с фильтрацией вод из водоема в берег и подпором грунтовых вод со стороны фильтрационного потока от водохранилища.

Животный мир как подвижной компонент ландшафта воздействует на прилегающую территорию. Это влияние проявляется главным образом в период затопления территории, когда из зоны затопления ввиду надвигающейся «катастрофы» мигрируют на водораздел животные долин. Это воздействие относительно кратковременное, поскольку после наполнения водоема животные находят постоянные места обитания либо в долинах соседних рек, либо приспосабливаются к новым условиям, внося, однако, изменения в прибрежные ландшафты. В этом отношении показательна гибель многих сосновых молодняков на 36 северо-западном побережье Рыбинского водохранилища, наблюдавшаяся в первые годы после его наполнения до проектной отметки. При подготовке ложа Рыбинского водохранилища к затоплению в 1938--1940 гг. лес интенсивно вырубался. Вскоре на его месте появились молодые сосны, березы и осины, которые представляли собой доступный зимний корм для лосей. С 1938 г. до заполнения всей чаши (1947) здесь наблюдалась значительная концентрация лосей. После 1947 г. площадь кормовой базы, естественно, резко сократилась; молодые деревца навсегда остались под водой. Животные в поисках пищи мигрировали на водораздельные пространства, прежде всего устремились на небольшие участки сосновых молодых лесов. Плотность населения лосей достигала 20 голов на 1 тыс. га. В итоге большинство молодых сосновых лесов на водоразделе либо погибло, либо они были повреждены лосями и испытывали угнетение.

Вернемся к рассмотрению зон влияния водохранилища. Изменения в климате прилегающей территории и в режиме грунтовых вод обусловливают в свою очередь преобразования в растительном, почвенном покрове и животном мире.

Внутри зон влияния прослеживаются подзоны, пояса в зависимости от интенсивности воздействия акватории, характера рельефа и других местных условий. Далее рассмотрим подобное образование подзон и поясов влия-НР1Я в зоне гидрогеологического воздействия водохранилища на растительный древесный покров.

В нижнем бьефе (ниже плотины) отчетливо прослеживается зона гидрогеологического влияния. Снижение здесь уровня воды в реке, ликвидация весеннего паводка ведут к преобразованиям в режиме грунтовых вод прилегающей территории. Это в свою очередь вызывает изменения в почвенном, растительном покрове и в небольшой степени в животном мире в долине реки. Изменения связаны также с новым термическим режимом реки. Длина зоны влияния в нижнем бьефе обычно достигает нескольких сот километров. В той или иной степени она простирается до устья реки, но обычно ограничена последующим водохранилищем, если мы имеем дело с каскадом ГЭС Наконец, следует сказать несколько слов о недавно выявленном виде влияния крупных водохранилищ на окружающую природную среду. Водохранилища активизируют движения земной коры, вызывая даже небольшие землетрясения. Например, на водохранилище Кариба расположенном в Южной Африке, зарегистрированы подземные толчки. Отмечались они и на некоторых других очень крупных искусственных водоемах земного шара такое явление следует объяснить изменением поля давления, перемещением центров давления [3].

Влияние водохранилищ ГЭС на водные биоресурсы

Строительство гидросооружений на реках неблагоприятно сказывается на рыбном хозяйстве, нарушая условия естественного воспроизводства рыб. Не явились исключением и гидротехнические сооружения на Иртыше и Оби. Так, плотины Новосибирской, Бухтарминской и Усть-Каменогорской ГЭС привели к затоплению части нерестилищ, отрезали важные нерестовые угодья осетра и нельмы, а зарегулированный режим (изменившиеся высота и сроки половодья) отрицательно сказался на воспроизводстве осетровых и частиковых рыб. Утрата 40% нерестовых и свыше 100 тыс. га нагульных площадей после зарегулирования стока только р. Оби снизила эффективность естественного воспроизводства осетра в 10 раз. Отмечается сокращение ареала стерляди, почти полностью она исчезла в Кети, Чулыме, Томи, утратила промысловое значение в оз. Зайсан и Черном Иртыше. В результате резко упали уловы рыбы. На Верхней Оби в первые же годы существования Новосибирского водохранилища (с 1960 по 1965 гг.) улов упал с 58 до 42 тыс. ц. Сокращение улова происходило прежде всего за счет видов рыб, которые наиболее чувствительны к изменившемуся ниже плотины ГЭС водному режиму Оби и режиму затопления пойм - щуки, язя, плотвы. Так, с момента заполнения водохранилища вылов язя упал в 2-3 раза.

Производящиеся из водохранилищ попуски, вызывающие затопление пойменных водоемов, при осуществлении ряда дополнительных мер на пойме, помогают уменьшить урон, наносимый рыбному хозяйству строительством гидросооружений на реках. Однако попуски будут достаточно эффективны, если они обеспечат плавные колебания уровней с интенсивностью подъема и спада не более 20-40 см/сут., затопление различных участков поймы и соровой системы в различные календарные сроки и т.д. При резких спадах особенно велика гибель молоди в отшнуровавшихся пойменных водоемах и на мелководных участках поймы. Кроме того, объемы попусков должны обеспечивать оптимальные для рыбного хозяйства отметки затопления поймы - 1,5-2 м на наиболее низких участках поймы и 0,5-1,5 м - на повышенных. Необходимы также осенне-зимние рыбохозяйственные попуски. Поэтому при формулировании требований рыбного хозяйства к режиму конкретного водного объекта должна учитываться взаимосвязь режима работы водохранилища (время и продолжительность сработки, наполнения, разница максимумов уровней прошлого года и минимумов текущего) и факторов, обеспечивающих воспроизводство рыб (устойчивые гидрологические условия для полноценного питания и нереста) [Мурашов, Рубинина, Александровский, 2009].

По данным лаборатории водных ресурсов Сибирского НИИ гидротехники и мелиорации (г. Красноярск) добыча товарной рыбы до создания каскада ГЭС на Ангаре составляла 3,0 тыс. ц/год. Водохранилища каскада перекрыли миграционные пути проходных рыб и затопили нерестилища стерляди, осетра, тайменя, хариуса, сига, нельмы. Уловы снизились до 200-250 ц/год.

Рыбное хозяйство несет урон из-за гидростроительства и на небольших реках, например, Курейке. Повышенная концентрация сероводорода в первые пять-семь лет наполнения водохранилища, гибель личинок осенне-нерестящихся рыб (сиговых и лососевых) в период перехода на весеннее питание - все это вызывает сокращение рыбных запасов на нижнем участке реки.

Создание гидроузлов на притоках не уменьшает урон рыбному хозяйству на крупных реках. Прогнозы показали, что проектируемые гидроузлы на Зее, Бурее и Селемдже окажут влияние на рыбопродуктивность Амура. На Бурее в связи с малыми уловами (около 25 ц/год) нет промышленного рыболовства с 1969 г. Однако видовой состав рыбного стада отличается ценностью и разнообразием - ленок, хариус, таймень, красноперка, сом. Но главное, в бассейне Буреи воспроизводится около 2% стада осенней кеты Амурского бассейна [4].

Положительное же влияние рассмотрим на примере Куйбышевского водохранилища.

Прошло более 50-ти лет с момента образования Куйбышевского водохранилища и кратко остановимся на некоторых обстоятельствах, которые должны учитываться при определении ущерба водным биологическим ресурсам от работы ГЭС в современных условиях.

а) Исчезли заморы осетровых рыб, которые наносили серьезный ущерб состоянию популяций этих рыб. Особенно сильные заморы на Средней Волге отмечались в 1939-1942 годах (Лукин, 1948).

б) Возросли показатели биомассы кормовых организмов, увеличился вылов рыбы (табл.1), так как площадь и объема водной массы значительно возрос относительно речных условий.

водохранилище природный гидроэлектростанция нерестилище

Таблица 1 Изменение некоторых показателей в сообществе гидробионтов за 50-ти летний период эксплуатации Куйбышевского водохранилища

Несколько слов следует сказать о вылове рыбы из Куйбышевского водохранилища и о том, что «проектная рыбопродуктивность», т.е. 40 кг/га не была достигнута.

Можем однозначно констатировать о том, что никто не знает, сколько фактически вылавливается рыбы из Куйбышевского водохранилища. До 90-тых годов XX века, когда официальная статистика уловов была более качественной и в определенной степени учитывала только промышленный вылов рыбы (браконьерство и хищение в местах промысла было заметно ниже), промысловая рыбопродуктивность водоема в отдельные годы (1989 г.) достигала 10,15 кг/га. Исследования, проведенные сотрудниками ФГУ «Средневолжрыбвод» показали, что любительское рыболовство на Средней Волге в 4 раза превышает промысловое (Болотов, Фатхулин, 1972). По данным управления ФГУ «Средневолжрыбвод» в 1986 году на Куйбышевском и Саратовском водохранилищах любительским рыболовством занимались около 220 тыс. человек, которые совершили более 2,5 млн. выездов на водоемы. Можно констатировать, что в настоящее время пресс рыбаков любителей на запасы рыб значительно усилился. Это обусловлено техническим вооружением рыбаков любителей (моторные лодки, мотонарты, спутниковые карты, GPS навигаторы, эхолоты, снаряжение для подводной охоты, свободная продажа сетей и т.п.), которые осуществляют уже целенаправленный вылов рыбы.

В таблице 2 приведены данные по плотности и агрегированности рыб водохранилищ Волжского каскада, которые в определенной степени подтверждают, что фактическая рыбопродуктивность Куйбышевского водохранилища значительно выше, чем по материалам официальной статистики, особенно в период перехода страны к рынку.

Таблица 2 Плотность и агрегированность (СV,%) придонных рыб в русловой части водохранилищ Волжского каскада (Конобеева, 1996)

в) Повысился процесс самоочищения волжской воды. По данным А.Ф. Тимохиной (2000) зоопланктонные организмы при их высокой численности способны профильтровать объем Куйбышевского водохранилища (58 км³) за 4 суток, в годы с низкой численностью - за 9-10 суток. Донное население водохранилищ также оказывает огромное влияние на формирование качества воды. Объем воды, пропускаемой двустворчатыми моллюсками (в основном дрейссеной) достигает за вегетационный период с апреля по ноябрь 840 км³ (Розенберг, 2009).

В настоящее время трудно себе представить, что ни будь водохранилищ, все загрязняющие вещества поступали в Каспийское море. Их отрицательное влияние на водные биоресурсы Каспия хорошо известно: в 1988 году коммулятивный политоксикоз вызвал резкое сокращение численности осетровых [5].

Заключение

Самой крупной отраслью водопользования является гидроэнергетика. При сооружении равнинных ГЭС отрицательным моментом является затопление огромных территорий. Для снижения площади затопления земель необходимо сооружение защитных дамб. Необходимо следить за уровнем воды в водохранилищах, что бы избежать временного затопления берегов; очищать ложе будущего водохранилища от кустарников, деревьев, и т.д.; на водохранилищах создавать условия для развития рыбных хозяйств, так как ГЭС наносят ущерб не только сельскому хозяйству, но и рыболовному промыслу.

Все гидроэлектростанции наносят колоссальный ущерб рыбному промыслу. Но как было сказано выше, есть и положительные элементы, влияющие на рыбный промысел. Ранее события шли в постоянной эволюционной последовательности: весеннее половодье, ход рыбы на нерест, скатывание молоди в море. А в настоящее время гидроэлектростанции этот порядок нарушают. Половодье, называемое попуском воды, происходит среди зимы, к весне ледяной слой оседает на затопленные острова, придавливает зимующую рыбу в зимовальных ямах, нарушая биологические сроки созревания икры. А это значит, что пройдёт два года прежде чем незрелая икра рассосётся и заложится новая.

Водохранилища повышают влажность воздуха, способствуют изменению ветрового режима в прибрежной зоне, атак же температурный и ледяной режим водостока. Это приводит к изменению природных условий, что сказывается на хозяйственной деятельности населения и жизни животных[6].

Список литературы

Авакян А.Б., Водохранилища и их воздействие на окружающую среду, 1986, Москва

Зарубаев Н.В., Комплексное использование водных ресурсов . Ленинград. Стройиздат, 1976.

Д.г.н. Коронкевич Н.И., к.г.н. Малик Л.К., Влияние плотин ГЭС на биологические ресурсы, г. Москва, Институт географии РАН.

http://www.rae.ru/forum2011/120/591

Размещено на Allbest.ru