Экологическое проектировагние и экспертиза

6. Техническое обоснование систем очистки сбросных вод. Расчет зоны теплового загрязнения водоема в случае сброса теплых технических вод в естественный водоем. Недостатки: низкое качество прогноза реакции грунтов в чаше водоема-охладителя и трансформации донных аквальных комплексов.

7. Характеристика современного состояния и прогноз изменения НТК в сфере влияния ТЭС. Недостатки: схематизм прогноза, без учета внутриландшафтной дифференциации территории. Недостаточное внимание к последствиям загрязнения почв и сельскохозяйственной продукции выбросами как ТЭС, так и транспорта и другими стационарными источниками.

8. Отсутствие списка краснокнижных видов растений и животных

9. Слабое обоснование или полное отсутствие рассмотрения компенсационных мероприятий.

10. Отсутствие материалов общественных обсуждений проектов.

11.3 Специфика технологии ядерного топливного цикла

На рубеже веков доля атомной энергетики в мировом производстве энергии составляла 17%; для России этот показатель равнялся 13%, причем территориальное распределение атомных электростанций (АЭС) было крайне неравномерным (рис. 24). В центре Европейской части вклад АЭС в производство энергии равнялся 25%, в Сибири и на Дальнем Востоке -- менее 1%.

Общепринято рассмотрение экологических вопросов влияния АЭС на окружающую природную среду вкупе со всей технологической схемой ядерного топливного цикла (рис. 25).



ЯТЦ включает в себя взаимосвязанные производства:

· добычу урановой руды, ее переработку с получением урановых концентратов и гексахлорида урана;

· разделение изотопов (обогащение) урана;

· изготовление тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов);

· производство тепловой и электрической энергии на АЭС;

· регенерацию отработанного ядерного топлива на радиохимических заводах: хранение, обработку и захоронение отходом высокой и низкой удельной активности;

· транспортировку топлива и радиоактивных отходов между различными предприятиями ЯТЦ;

· демонтаж ядерных установок.

Безусловно, каждое звено ЯТЦ имеет определенное воздействие на окружающую среду.

Добыча урановой руды становится рентабельной, если она содержит несколько килограммов урана на тонну. Урановые руды добываются открытым и подземным способами. Полученная руда подвергается предварительной обработке, измельчению, выщелачиванию. Иногда уран извлекается попутно с другими металлами -- золотом, медью, свинцом.

Обработка руд осуществляется на гидрометаллургических заводах. Их мощность от 500 до 50 000 уранового концентрата в год. Для силикатных и алюмосиликатных руд основным является метод выщелачивания раствором серной кислоты с окислителями. Карбонатные руды выщелачивают раствором карбоната или бикарбоната натрия с окислителями. Для упорных руд применяют кислотное автоклавное выщелачивание при повышенных температурах. Полученный концентрат "желтый кекс" поступает на дальнейшую переработку

Возможные негативные экологические последствия этой стадии ЯТЦ связаны с поступлением в природную среду жидких, твердых и газообразных радиоактивных отходов (РАО), содержащих естественные радиоактивные вещества -- уран и дочерние продукты его распада. Основными являются твердые отходы -- отвалы пустых пород, хвостохранилища гидрометаллургических заводов, склады забалансовых руд.

На каждые 200 т извлеченного урана (это годовая потребность АЭС мощностью 1 Гвт) образуется 100 тыс. т РАО, накапливающихся в хвостохранилищах. Они представлены радием-226 и торием-230 с периодами полураспада в десятки тысяч лет, долгоживущими изотопами урана с периодом полураспада в сотни миллионов лет. Из рудников вместе с вентиляционным воздухом в атмосферу выбрасывается радон-222 и радиоактивная пыль с радиоактивными аэрозолями. Жидкие РАО поступают с откачиваемыми подземными водами прачечных и душевых, жидкой фазой хвостов рудничной пульпы.

Доля расщепляющегося U-235 в чистом уране всего 0,7%. Поэтому для использования его на АЭС необходимо доведение содержания U-235 до 3%. Уран с помощью фтора превращают в газообразный гексафторид урана (UF6). Затем изотопы разделяют с помощью нескольких способов -- разделения на фильтрах, каскадной диффузии, центрифугирования газов.

Из обогащенного UF6 получают диоксид урана, формуют его в брикеты -- "таблетки". Сырые отпрессованные "таблетки" нагревают до 1700 0С для достижения необходимой прочности и плотности и заряжают в оболочку топливного стержня из сплавов циркония и алюминия или графита высокой плотности. Топливный стержень (ТВЭЛ) -- это трубка с сердечником, представляющим собой брикеты из обогащенного урана (UO2). ТВЭЛы собирают в специальные пакеты, кассеты и блоки ("сборки") с регулирующими стержнями и размещают затем в активной зоне реактора.

На АЭС энергию для превращения воды в пар получают путем расщепления ядер урана, плутония, тория в ядерном реакторе. В нем проводят управляемую цепную реакцию, при которой допускается расщепление ровно такого количества ядер, которое требуется для выработки электроэнергии. Котел кипящего реактора служит также для нагревания воды. При распаде каждого уранового ядра испускается от двух до трех нейтронов. Для предотвращения распада излишнего числа ядер и выделения слишком большого количества энергии, обеспечения равномерности выработки электроэнергии применяются специальные вещества (кадмий, бор), которые поглощают нейтроны в нужном количестве.

В настоящее время в мире существуют пять основных типов энергетических реакторов: водо-водяные с водой под давлением; водоводяные кипящие реакторы, разработанные в США и наиболее распространенные в настоящее время; реакторы с газовым охлаждением разработанные и применяющиеся в Великобритании и Франции; реакторы с тяжелой водой, принятые в Канаде; водографитовые канальные реакторы, которые использовались только в СССР.

В России освоен двухконтурный реактор водо-водяной энергетический (ВВЭР). В качестве теплоносителя и замедлителя используется обессоленная вода. Циркуляционными насосами она прокачивается через активную зону реактора под давлением 125 атм., отводит тепло от ТВЭЛов и переносит его в парогенератор, где образуется пар, направляемый на турбину (рис. 26).

Системы первого контура включают в себя реактор, циркуляционные насосы и трубопроводы, по которым вода поступает из реактора и парогенератор.

К системе второго контура относится паропроводящая часть парогенератора, турбогенераторы и трубопроводы, по которым из парогенератора пар поступает в машинное отделение к турбинам.

Второй тип реактора -- РБМК -- реактор большой мощности канальный, где замедлителем является графит, а теплоносителем -- вода.

Перспективным типом реактора является высокотемпературный, где в качестве ядерного топлива, наряду с ураном, используется торий-232. Для обеспечения радиационной безопасности на АЭС существует система защиты, не позволяющая радиоактивным продуктам распада попасть в окружающую среду. Она предусматривает:

· размещение расщепляемых материалов в топливных "таблетках"

· герметичность оболочек топливных стержней, не позволяющая опасным продуктам выйти наружу;

· наличие отражателя нейтронов, окружающего активную зону

· высокопрочный металлический толстостенный корпус реактор;

· экранирование толстыми бетонными стенами всех сооружений, из которых может исходить радиационная опасность;

· железобетонную ограждающую конструкцию толщиной более 1 м, которая не разрушится даже в случае, если на нее рухнет самолет.

Газообразные отходы АЭС складываются из выбросов летучих веществ (трития, радиоактивных изотопов ксенона, криптона, йода) и аэрозолей. Остальные радионуклиды -- осколки деления ядер, продукты активации и др. присутствуют в газовых выбросах в виде аэрозолей. Газовые выбросы в атмосферу предварительно очищаются от радионуклидов

Объемы жидких отходов, образующихся на АЭС, могут достигать 100 тыс. м3/год на энергоблоке с реактором РБМК-1000 и 40 тыс. м³/гол на энергоблоке с реактором ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

Объем твердых отходов ежегодно достигает на АЭС 2000--3000 м³. В основном это отработанное топливо. Ежегодно заменяют примерно 1/3, действующих ТВЭЛов новыми.

Наличие радиоактивных отходов при работе АЭС требует учета при их проектировании определенных санитарно-гигиенических и экологических стандартов. Годовая эквивалентная доза для сотрудников АЭС составляет 4,4 м^Зв. Для местного населения она равна примерно 0,02 м^Зв/год. Для сравнения: фоновое излучение составляет 2 м^Зв/год. Для каждой АЭС регламентируются предельно допустимые выбросы в зависимости от размера санитарно-защитной зоны, высоты вентиляционной трубы и усредненных метеорологических условий в районе работы АЭС.

Тепловое загрязнение проявляется в воздействии АЭС на поверхностные воды. В активной зоне ядерного реактора выделяется огромное количество тепловой энергии. Эту зону необходимо охлаждать во всех режимах эксплуатации, включая остановку АЭС. Расход воды на АЭС и 1,5 раза выше, чем на ТЭС. Хотя сбрасываемые воды условно чис-1ые, однако за счет своей термальности они подогревают воды водоема-приемника, что вызывает рост его биологической продуктивности. Уровень экологической опасности для водоемов наиболее высок для северных широт и в южной части умеренного пояса (68° с.ш. -- оз. Имандра, 48° с.ш. -- Каховское водохранилище). Наименьшая уязвимость -- 56--60° с.ш.

Воздействие АЭС на водные источники существенно возрастает с наращиванием мощности станции. Функционирование станции мощностью 4--6 ГВт приводит к сбросу в водоем подогретых вод объемом от 5 до 7,3 км3/год. Тепловое давление на водные экосистемы настолько велико, что необходимо либо разбавление (охлаждение) сбрасываемых вод, либо расширение площади и объема акватории сброса. При этом площадь водного зеркала должна быть 120-180 км², что возможно только на крупных реках типа Волги. В связи с этим встает задача проектирования специальных водоемов-охладителей, или градирен. В этом случае площади изымаемых земель возрастают в 6 раз, до 3 тыс. га на АЭС мощностью 6 ГВт.

Переработка отработанного топлива. Примерно 10% использованного на АЭС ядерного топлива направляется на переработку для извлечения урана и плутония с целью повторного использования. Технология регенерации топлива заключается в выделении радиоактивных отходов и пригодного для повторного использования топлива. Свыше 99% продуктов деления попадает в высокоактивные отходы; поэтому радиохимические заводы относятся к наиболее опасным стадиям ЯТЦ.

Хранение, отработка и захоронение отходов. Отходы подразделяются на три группы: слабоактивные, среднеактивные и высокоактивные. К первой относятся лабораторные отходы, растворы, отходы от уборки, загрязненные фильтры, одежда. Среднеактивные -- измельченная оболочка топливных стержней. Их также цементируют в специальных сосудах. Высокоактивные отходы -- растворенные в азот: кислоте продукты распада, дающие 99% мощности радиоактивного излучения всех ядерных отходов. В проектах создания АЭС для хранения высокоактивных отходов предусмотрен метод остекловывания растворы концентрируют, подвергают химической обработке, плавят при температуре 1150°С со стеклянным порошком и затем сливают в толстостенные емкости из нержавеющей стали.

Демонтаж АЭС. АЭС рассчитаны на 30 лет работы. Технология демонтажа предусматривает полную очистку территории, до ее при вода в состояние "зеленой площадки".

11.4 Влияние АЭС на окружающую среду и специфика ОВОС

Экологическими проблемами атомных электростанций занимались видные экологи В.И. Булатов, Ю.А. Егоров, Д.А. Криволуцкий, А.А. Кошелев, В.Г. Линник, А.Ш. Резниковский, Л.Н. Шапиро и др. С.М. Говорушко (1999) представил общую схему влияния атомной энергетики на природную среду, которая представлена в табл. 7.

Таблица 7

Схема влияния атомной энергетики на природную среду

Вид воздействия	Изменения в природе	Меры по снижению последствий
1	2	3
Строительство атомных электростанций
Изъятие земельных ресурсов	Уничтожение ПТК, невозможность дальнейшего использования земли	Использование наименее ценных территорий, снятие плодородного слоя почвы
Расчистка участка, перемещение грунтов, взрывные работы	Уничтожение растительности, миграция животных, загрязнение атмосферы и т.д.	Компенсационное создание аналогичных ландшафтов
Социально-экономический	Влияние временного контингента рабочих и их семей на социально-культурную среду, переселение местных жителей	Участие населения в обсуждении проекта, создание объектов социальной инфраструктуры, выбор другой площадки
Зактор беспокойства для животных	Снижение численности животных	Регламентация работ. Компенсационные меры
Безвозвратное изъятие земель	Уничтожение прежних ПТК	Строительство градирен, использование неудобий
Эксплуатация атомных станций
Водозабор	Затягивание гидробион-тов в водозаборные устройства	Установка предохранительных решеток, фильтров
Сброс теплых вод	Потеря воды при испарении, тепловое загрязнение водоема-охладителя	Утилизация избыточного тепла. Компенсационные мероприятия
Выбросы в атмосферу, воду и почвы	Загрязнение почв, атмосферы, водного бассейна	Совершенствование технологии очистки выбросов, компенсационные мероприятия
Загрязнение природных сред радионуклидами всех форм	Облучение людей и животных, приводящее к нарушениям физиологических процессов в организмах и необратимым изменениям в них	Жесткое соблюдение технологии защиты объекта и окружающей среды. Превентивные меры
Сброс радиоактивных сточных вод при перегрузке кассет ТВЭЛов	Нарушения физиологии гидробионтов, генетические отклонения	Сорбция с применением неорганических сорбентов, "мокрое сжигание" неорганических веществ
Промывка и консервация оборудования	Нарушение газообмена и теплового баланса водоема, гибель планктона, бентоса, ухудшение качества воды	Разрушение комплекса м таллов с реагентами, ш ление металлов в осадсм разрушение органическ: соединений
Демонтаж АЭС
Ионизирующее излучение	Облучение людей и животных, вызывающее различные нарушения в физиологии	Разработка методов демон жа, дезактивация оборудования и сооружений

По радиационному воздействию на человека и окружающую природную среду нормально работающую АЭС можно считать безотходным производством. Однако это упрощенный подход, так как существует чисто техническая проблема безопасности реакторов.

При проектировании АЭС подразумевается максимально возможное соблюдение технологии производств и мер экологической безопасности объекта. Тщательное геологическое и гидрогеологическое обоснование должен пройти выбор места создания АЭС. АЭС являетси землеемким предприятием. Изъятие земель связано со строительством прудов-охладителей, поселков, санитарно-защитных зон, специальной дорожно-транспортной сети и т.д.

В первую очередь надлежит обратить внимание на тектоническое строение территории (наличие разломов земной коры, сейсмичность), наличие карстующихся пород и карста, оползневых процессов и других эндо- и экзодинамических геоморфологических процессов. Принцип "легче предупредить, чем лечить" в случае проектирования атомных станций должен соблюдаться абсолютно.

Расчет водохозяйственного баланса и прогноз теплового загрязнения водоемов -- также важнейшее звено в ОВОСе АЭС. Влияние водоемов-охладителей на окружающую территорию особенно сильно и зимний сезон года, когда температурный контраст двух подстилающих поверхностей -- снега и воды может достигать 20-30 "С. Микро климатический эффект проявляется в увеличении влажности воздуха образовании туманов. Вблизи водоема увеличивается выпадение конденсационных осадков; наблюдается обмерзание линий высоковольтных электропередач.

Что касается всего ядерно-топливного цикла, то спектр экологических проблем здесь достаточно широк, он включает:

· загрязнение от обширных хвостохранилищ, которые обычно и качестве временной меры покрывают слоем земли;

· поступление в атмосферу и водоемы отходов гидрометаллургических заводов по переработке урановой руды;

· выбор мест для могильников для радиоактивных отходов.

Это относительно самостоятельная проблема. Необходимо оценить следующие факторы природной среды: частоту и интенсивность землетрясений и современных движений земной коры; гидрогеологические и гидрохимические условия, мощность слоя активного водообмена, связь подземных и поверхностных вод; предусмотреть меры по ликвидации потенциальных экологических аварий и катастроф, с просчетом стоимости их ликвидации. Кроме того, сам могильник должен иметь несколько защитных оболочек вокруг радиоактивных продуктов. Захоронение твердых средне- и низкоактивных отходов возможно в приповерхностных хранилищах. В проекте должно быть предусмотрено основных требование при их размещении -- минимизация утечки радионуклидом

Серьезную опасность для приповерхностных хранилищ может представлять периодическое подтопление при сезонном колебании уровня грунтовых вод. Этот процесс на локальном, внутриландшафтном уровне проявляется индивидуально в зависимости от мезо- и микрорельефа, крутизны склона, почвообразующих пород. В этом заключается сложность составления прогноза (ОВОСа). Изучение физико-географических и экологических последствий аварии на Чернобыльской АЭС показало, что ответная реакция ландшафтов на воздействие радио нуклидов по своей интенсивности неоднозначна и во многом определяется внутриландшафтными условиями.

Глава 12. Геоэкологическое проектирование водохранилищ ГЭС

12.1 Назначение, классификации и специфика водохранилищ

Водохранилищами называют искусственные водоемы объемом более 1 млн м³ или естественные озера с гидрологическим режимом, измененным человеком. Их создают в долинах рек или чашах путем нозведения плотины. В отдельных случаях водохранилища образуют путем создания выемки (наливные копани); в приморских районах подохранилища создают путем обвалования дамбами. Несколько водохранилищ на одной реке образуют каскад, что позволяет частично управлять водными ресурсами во времени и пространстве. Они представляют собой искусственно созданный природный объект, входящий в состав геотехнической системы. В мире создано более 32 тыс. водохранилищ, а в России эксплуатируется их более 2,22 тыс. Наиболее крупные водохранилища гидроэлектростанций, на которых в России ежегодно вырабатывается примерно 19% электроэнергии.

Согласно расчетам Р.К. Клиге, для суши характерен отрицательный водный баланс. Сокращение объема подземных вод и озер в последней трети XX в. составило соответственно 108 и 38 км³/год, таяние ледников -- 429 км³/год. Аккумуляция воды в водохранилищах, равная 32 км³/год, лишь на 5,5% компенсирует "обезвоживание" суши. Поэтому глобальная функция водохранилищ в современной гидро-климатической системе -- сохранение воды на суше.

Можно выделить восемь основных направлений использования водохранилищ.

1. Значение водохранилищ для гарантированного водоснабжения промышленных предприятий, городов и прочих населенных пунктов. По качеству воды и охранному режиму они подразделяются на четыре группы: питьевого назначения; созданные в основном для водоснабжения, но используемые одновременно и другими отраслями хозяйства; комплексные и одноцелевые, использование которых для водоснабжения не представляется возможным.

2. Водохранилища и энергетика. Современная энергетика немыслима без водохранилищ. В них нуждаются как гидравлические (ГЭС) и гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), так и тепловые и атомные. ГЭС обязательное звено в единой региональной энергетической системе; они способны покрывать пиковые нагрузки. Без водохранилищ невозможно суточное, недельное и сезонное регулирование стока в интересах энергетики и других отраслей хозяйства. Себестоимость выработки электроэнергии на ГЭС в 5--7 раз меньше, чем на тепловых станциях.

В то же время крупным водохранилищам ГЭС свойственны отрицательные экологические эффекты: затопление земель, переработка берегов, подтопление населенных пунктов, заболачивание, засоление, аридизация ландшафтов поймы реки в нижнем бьефе, изменения в метеорологическом режиме прилегающей территории, туманы зимой в нижнем бьефе, региональная активизация движений земной коры, вызывающая небольшие землетрясения. Воздействие водохранилищ тепловых и атомных электростанций связано с поступлением с водой добавочного тепла.

3. Значение водохранилищ для борьбы с наводнениями. Особенно эффективна их роль в областях муссонного климата (пример -- водохранилище Зейской ГЭС).

Создание небольших регулирующих водохранилищ (например, на Северном Кавказе) дает возможность в нижних бьефах гидроузлов ликвидировать паводки и катастрофические наводнения. Однако среч ка весеннего половодья имеет отрицательные последствия для селы. кого хозяйства -- не обеспечивается оптимальная весенняя влагозарядка почвы, что ведет к остепнению пойм.

4. Значение водохранилищ для орошения. Предпосылкой развития орошаемого земледелия выступает наличие гарантированного запас воды. Создание таких водохранилищ, как Саратовское, Волгоградское, Краснодарское, Каховское (Украина), Кайраккумское и Чарда ринское (Узбекистан) и др., позволило оросить миллионы гектаров сельскохозяйственных земель. Главное негативное экологическое по следствие -- засоление земель.

5. Значение водохранилищ для рекреации. По данным А.Б. Авакян и В.Б. Яковлевой, на берегах водохранилищ проживало более 27 мл: чел. городского населения и более 50 млн чел. -- в пределах двухчасовой езды до водохранилищ, которые использовали водоемы для отдыха. Водохранилища повышают рекреационную емкость и ценность ландшафта.

Рекреационный потенциал водохранилищ в России используете недостаточно. Основные причины такого положения: неудовлетворительная очистка чаши водоема перед затоплением, цветение воды интенсивная переработка берегов, затрудняющая размещение в прибрежной полосе учреждений отдыха и подступы к воде, слабое развитие дорожно-транспортной сети

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

Причина роста рыбопродукта внести водохранилищ не только в увеличении площади акватории, но и в смене транзитного режима пока вещества и энергии на транзитно-аккумулятивный. В результате н водоеме возрастает кормовая база.

Создание подпорных сооружений на крупных равнинных реках, в частности на Волге, принесло ущерб проходным и полупроходным рыбам, чему способствовало также увеличение сброса неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод, развитие водного транспорта (как фактор беспокойства и загрязнения), лесосплав и т.д.

7. Значение водохранилищ для водного транспорта. С созданием водохранилищ в несколько раз увеличивается длина и ширина судового хода, радиусы закругления, что дает возможность повысить на 10-15% скорость движения судов. Среди недостатков, присущих водному транспорту на водохранилищах, в сравнении с речным, отметим затраты времени на шлюзование и большую длительность ледостава весной. Недостатком создания ряда крупных водохранилищ в Сибири (например, Братского, Усть-Илимского и др.) является отсутствие шлюзов.

8. Положительный эффект от создания водохранилищ для лесосплава включается в увеличении протяженности трасс, ширины судового хода и ликвидации молевого сплава. Отрицательные последствия зарегулирования стока для лесосплава заключаются в более сложных ветроволновых условиях, сокращении периода навигации, снижении скоростей учений (для рек, по которым лес сплавлялся вниз по течению).

Водохранилища -- многопризнаковые объекты, в связи с чем существуют различные их классификации: по типу регулирования гидрологического режима, по назначению, принадлежности к природной зоне подзоне), по размерам (площади водного зеркала, глубине), генезису и морфологии чаши.

По назначению водохранилища подразделяются на многоцелевые и специальные. Среди многоцелевых выделяются водохранилища приоритетно-комплексного назначения, когда приоритет отдается какой-либо отрасли (чаще всего энергетике или ирригации), и комплексного назначения (без ярко выраженного лидирующего направления в его использовании). Водохранилище специального назначения -- это водно-транспортные, рыбохозяйственные, сельскохозяйственные, энергетические, лесохозяйственные, канализационные, противоэрозионные, рекреационные и питьевые.

По приуроченности к макрорельефу выделяют равнинные, предгорные (низкогорные), горные и высокогорные водохранилища. По положению в географической зоне -- тундровые, лесные, лесостепные, полупустынные и пустынные. Классификация водохранилищ но указанным двум физико-географическим признакам важна для проведения типологии зон их влияния.

По характеру регулирования стока, а следовательно и колебаниям режима уровня, различают водохранилища многолетнего, сезонного, месячного, недельного и суточного регулирования. Многолетнее регулирование стока преследует цель аккумулировать излишек воды в многоводные годы для использования ее в маловодные, а в пределах каскада -- для специальных попусков воды в нижележащие водохранилища.

В Волжском каскаде такими водохранилищами являются Рыбинское и Куйбышевское. Сезонное регулирование стока осуществляется на многих крупных и средних водохранилищах, где отметка нормального подпорного уровня (НПУ) достигается ежегодно, обычно весной, а затем идет сработка уровня.

К.К. Эдельштейн предлагает гидроэкологическую классификацию водохранилищ:

· Водоемы повышенного качества воды -- источники коммунального (питьевого) и технического (промышленного) водоснабжения и водоемы рекреационного назначения.

· Водохранилища повышенной биологической продуктивности, используемые в рыбном и сельском хозяйстве, эвтрофирова-ние которых, вызываемое обогащением воды органическими и биогенными минеральными веществами, не только не вред но, а скорее желательно для повышения рыбопродуктивностм водоемов.

· Водохранилища, эксплуатируемые остальными отраслями, для которых качество воды не имеет принципиального значения (например, водохранилища транспортного назначения, противопаводковые, для целей лесосплава и др.).

С позиций оценки влияния водохранилищ на прилегающую территорию огромный интерес представляет типология режима уровня водохранилищ за теплый период года. Для равнинных водохранилищ (Иваньковского, Рыбинского, Горьковского, Новосибирского, Камского и др.) выделены три типа колебаний уровня с несколькими подтипами:

1. В течение всего теплого периода уровень воды в водохранилище равен НПУ.

2. НПУ устанавливается на непродолжительное время в начале вегетационного периода, а с середины или конца июня происходит снижение уровня.

3. В течение всего теплого периода уровень ниже НПУ на 1-3 м и более.

На стадии проектирования каждому водохранилищу определяется свой нормальный подпорный уровень. Это высший проектный уровень верхнего бьефа плотины, который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени.

Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка в условиях нормальной эксплуатации, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным (это сливная призма водохранилища). Именно этот объем воды представляет собой ресурс, активно используемый различными отраслями хозяйства. В отдельные годы за счет интенсивного снеготаяния, интенсивных осадков и экстремальных сбросов воды из вышележащих в нижележащие водохранилища наблюдается временное повышение уровня до отметки форсированного подпорного уровня (ФПУ).

На водохранилищах, используемых для водного транспорта или лесосплава, сработка уровня в период навигации ограничена уровнем, при котором речной флот по состоянию глубин может продолжать нормальную работу. Этот уровень называется уровнем навигационной сработки (УНС). Для ряда водохранилищ установлен минимальный санитарный уровень (МСУ), ниже которого качество воды не отвечает нормативным требованиям.

В проектно-технической документации для водохранилищ принято выделять четыре зоны, каждая из которых характеризуется своим режимом уровня.

1. Зона постоянного затопления -- вся акватория водохранилища при НПУ у плотины с учетом кривой подпора, соответствующей расходу воды Q 10% обеспеченности в главном притоке.

2. Зона периодического временного затопления та же, но при Q 5% обеспеченности.

3. Зона эпизодического временного затопления -- вся площадь водохранилища, но при ФПУ у плотины и кривой подпора при Q 5% обеспеченности.

4. Мелководная зона -- часть водохранилища с глубиной до 2--2,5 м при НПУ. Гидроэкологическая ситуация и характер процессов в каждой из этих зон специфичны.

Создание водохранилищ приводит к резкому снижению скорости водообмена в речных системах. По оценке Г.П. Калинина, на начало 70-х годов XX в. продолжительность водообмена в реках мира в связи с

созданием водохранилищ возросла с 20 до 60 суток. Если использовать в качестве показателя интенсивности водообмена v -- отношение Q/W, где Q -- средний расход реки (водохранилища), W -- запас воды в реке (водохранилище) то, например, на Рыбинском водохранилище этот показатель с 17 снизился до 1,4.

Факт снижения интенсивности водообмена имеет огромные физико-географические и экологические последствия. Водохранилище мощные аккумуляторы вещества, что обусловлено снижением скоростей течения и оседанием наносов из основной реки и притоков и поступлением материала от абразии берегов. В целом в нижний бьеф сбрасывается не более 5--10% наносов, поступающих в водохранилище. Заиление горных водохранилищ идет намного интенсивнее, чем равнинных.

Другой крупный процесс, присущий многим водохранилищам, - эвтрофирование. Эвтрофирование -- это резкое увеличение биологической продуктивности водоема в результате повышенного поступления соединений фосфора и азота, причем по мере накопления в водоеме органических остатков содержание фосфора, азота, калия возрастает и с течением времени начинает превышать ПДК. В этом случае уже можно говорить о загрязнении водохранилища. Интенсивное применение минеральных и органических удобрений, гербицидов, дефолиантов создало критическую гидрохимическую обстановку на многих водохранилищах (Куйбышевском, Чардаринском, Каховском, Краснодарском и др.).

Таким образом, водохранилища-- полифункциональные объекты, создание которых рождает как объективные, так и субъективные противоречия в их использовании. С их строительством связаны долговременные и сложные геоэкологические проблемы, в связи с нем составление ОВОС при проектировании крупных водохранилищ ГЭС-- задача много плановая и междисциплинарная, в которой принимают участие гидротехники, гидрологи, геологи, физико-географы, лесоводы, биологи, экономив ты, юристы и др.

12.2 Пространственно-временная организация сферы влияния водохранилищ

В 60--70-е годы XX в. в связи с актуальностью проектов территориального перераспределения стока северных рек на юг возросло внимание к проблемам взаимодействия крупных равнинных водохранилищ с ландшафтами окружающей территории.

Значительный вклад в решение этой проблемы внесли работы А.Б. Авакяна, С.Л. Вендрони К.Н. Дьяконова, А.Г. Емельянова, Ю.М. Матарзина, И.Г. Мельничеп ко, Г.С. Золотарева, Л.К. Малик, А.Ю. Ретеюма, В.М. Широкова В.М. Стародубцева, Р.С. Чалова, В.А. Шарапова, К.К. Эдельштейна В.Н. Экзарьяна и др. На основании этих работ составлена схема влияния водохранилищ на окружающую территорию (рис. 27).

Район верхнего бьефа

Взаимодействие водохранилища с ландшафтами осуществляется через поверхностные и грунтовые воды, воздушные массы и животный мир. Переработка берегов водохранилищ (термин предложен академиком Ф.П. Саваренским в начале 30-х годов при проектировании водохранилищ Волжского каскада) определяется локальными и фоновыми физико-географическими факторами.

1. Первоначальным к моменту заполнения чаши водоема рельефом.

2. Степенью выветренности горных пород, их сопротивляемостью к размыву под динамическим воздействием волн, сопротивляемостью растворению" при смачивании.

3. Комплексом гидрометеорологических условий, среди которых определяющее значение имеют ветровой режим и продолжительность безморозного периода.

4. Комплексом химических и биохимических факторов, определяющих в конкретных условиях интенсивность "химической абразии" и карстовые провалы. Это актуально для побережий Камского, Усть-Илимского и ряда горных водохранилищ в Средней Азии и Закавказье.

5. Биологическими свойствами водоема, в частности интенсивностью развития планктона, гидромакрофитов. В значительных скоплениях они способны нейтрализовать ветровое волнение и тем самым резко уменьшить интенсивность процесса абразии и размыва дна.

6. Количеством наносов, поступающих в водохранилище, и их источниками. На крупных равнинных водохранилищах обычно 70% взвешенных наносов местного происхождения, за счет размыва дна на мелководьях и берегов. Остальное количество поступает с водосбора через притоки. В аридных районах возрастает роль атмосферного переноса пыли.

7. Амплитудой колебаний уровня грунтовых вод, смачиванием бровки и склонов береговых массивов атмосферными осадками, объемом и режимом талых вод.

Коренное отличие водохранилищ от озер заключается в том, что от плотины вверх по бывшей реке новый водоем имеет несколько гидрологических зон, каждая из которых характеризуется специфическими гидро- и морфодинамическими особенностями и взаимодействием с ландшафтами прилегающей территории.

С.Л. Вендровым выделено четыре зоны (рис. 28).

Глубоководная нижняя зона, где при всех уровнях волнение развивается свободно, не взаимодействуя, за исключением прибрежной полосы, с дном. Динамические условия близки к морским или глубоководным озерам. Наносы аккумулируются только на глубине за пределами зоны сработки. Влияние на климат максимально.

Промежуточная зона средних глубин в зависимости от положения уровня воды может быть либо глубоководной (при уровнях близких к НПУ), либо мелководной (при низких отметках уровня).

Мелководная верхняя зона, где при любых положениях уровня сохраняются условия мелкого озера. Развитие волнения ограничено влитием дна. Волновая переработка берега малоинтенсивна. Здесь откладывается значительная часть приносимых рекой наносов и быстро формируется прибрежная отмель. Климатическое влияние ослаблено наблюдаются изменения в микроклимате.

Зона выклинивания подпора, в которой даже при самом высоком горизонте воды сохраняются условия мелководного залива. По мере снижения уровня она обсыхает и становится "поймой" водохранилища. Активно идут эрозионно-аккумулятивные процессы. Развит процесс регрессивной аккумуляции, связанный со снижением скорости потока и отложением наносов.

Еще выделяют разорванные ареалы зон небольших заливов, в которых идет процесс аккумуляции материала, поставляемого склоновым стоком.

Классификация берегов по их генезису была разработана И.А. Печеркиным, С.Л. Вендровым и В.М. Широковым. Выделяют берега абразионные (обвально-осыпные, оползневые, закарстованные), аккумулятивные и устойчивые. Наибольший практический интерес предтавляют абразионные берега. Это связано с большой интенсивностью их размыва, особенно впервые пять лет существования водохранилища. Ширина зоны переработки берегов в конечную стадию составляет 200-300 м и более. Наиболее интенсивно абразия берегов идет на водохранилищах Сибири, что связано с криогенными процессами в условиях экстраконтинентального климата. Из общей протяженности берегов существующих и строящихся водохранилищ Сибири (30 тыс. км) около 10 тыс. км затронуты процессами их переработки.

На развитие абразионных процессов на водохранилищах, расположенных в зоне многолетней мерзлоты, оказывают большое влияние термормокарстовые процессы. Для горных водохранилищ характерны свои особенности переформирования берегов, обусловленные малой ролью ветрового волнения, большой амплитудой колебания уровня (до десятков метров), преобладанием прочных горных пород. Большую роль играют геодинамические процессы, поставляющие материал в акваторию, -- выветривание горных пород, осыпи, обвалы, оползни.

В настоящее время протяженность абразионных, оползневых, осыпных, обвальных и других отступающих берегов составляет не менее 20 тыс. км, а объем ежегодно перерабатываемых горных пород -- более 300 млн м³.

Следует особо сказать о сравнительно недавно открытом виде влития крупных водохранилищ на окружающую геологическую среду. Они активизируют движения земной коры в сейсмически активных регионах, вызывая даже небольшие наведенные землетрясения. Зарегистрированы тектонические движения в районах создания водохранилищ Кариба, Гранвил, Мид, Нурекского и др.

В прибрежной зоне водохранилищ происходят направленные изменения в положении зеркала грунтовых и почвенных вод. Наблюдаются два процесса: фильтрация воды в берег и подпор грунтовых вод со стороны водохранилища. Помимо направленных изменений отмечаются ритмические колебания, обусловленные в подзоне прямого гидрогеологического воздействия колебаниями уровня водохранилища.

Ширина этой подзоны -- 300-400 м. Далее следует подзона косвенного влияния, где сезонная ритмика увлажнения в первую очередь обусловлена метеорологическими условиями, но после создания водохранилища уже впервые 5-10 лет отмечен подъем зеркала грунтовых вод. Ширина этой подзоны может достигать 1-3 км, а в ослабленном виде проявляться на расстоянии до 5--6 км по долинам подтопленных рек и ручьев (Камское, Иваньковское и др. водохранилища)

Анализ проектов создания водохранилищ ГЭС при их экспертизах показывает, что гидрогеологами (Г.Н. Каменский, В.М. Шестаков и др.) создана надежная методика расчета ширины зоны гидрогеологического влияния, а отдельные ошибки связаны с недоучетом местных ландшафтных условий.

В районе верхнего бьефа водохранилища формируются зоны, подзоны и пояса влияния, образующие его сферу воздействия.

Зона влияния -- ареал, выделяемый как по изменению одного из компонентов ландшафта (зона климатического или гидрогеологического влияния), так и ПТК в целом. Подзона влияния территория, где либо происходит структурная перестройка ПТК необратимые смены (в таком случае это подзона прямого влияния), либо выявлены отдельные изменения в свойствах ПТК при сохранении прежнего инварианта (подзона косвенного ил ослабленного влияния). Пояс влияния -- территория в предел; одной зоны, отличающаяся от соседней знаком (направленностью) воздействия.

Учитывая актуальность экологического обоснования проектирования крупных ГЭС в лесной зоне России и высокую степень изучености проблемы взаимодействия водохранилищ с лесными ландшафтами, рассмотрим новые черты пространственно-временной организации их сферы влияния.

Полнота строения и специфика зон и сфера влияния определяют сочетанием четырех важнейших факторов -- механическим составом почвообразующих пород, углом наклона рельефа, степенью защиты от ветрового волнения и типом уровенного режима водохранилища за вегетационный период.

Комбинация этих факторов выделяет пять видов зон влияния:

I -- обширная с полным набором зон, подзон и поясов. Характерен для берегов, сложенных песками и супесями, пологих и закрытых от ветрового волнения, где преобладает 1-й и 2-й типы режима уровня;

II -- обширная с неполным набором поясов (отсутствует пояс сильного подтопления). Характерен для открытых абразионных берегов, с преобладанием 1-го и 2-го типов режима уровня водохранилища;

III --укороченная с полным набором зон и поясов. Вид приурочен к берегам относительно крутым и сложенным легкими суглинками;

IV -- укороченная с неполным набором поясов и подзон (без пояса сильного подтопления на крутых абразионных берегах, сложенных суглинистыми породами; только с поясом сильного подтопления на пологих берегах, сложенных легко- и среднесуглинистыми породами);

V -- укороченная, с поясами периодического затопления, умеренного и слабого подтопления на водохранилищах, где преобладает 3-й тип режима уровня.

Глубокая дифференциация знака, интенсивности воздействия в различных ландшафтах, неоднозначная плановая проекция ареалов в зависимости от выбранного индикатора влияния -- один из важнейших выводов анализа сферы влияния искусственных водоемов.

В подзоне прямого влияния водохранилищ лесной и лесостепной он прослеживаются следующие пояса.

1. Периодического затопления; он располагается между уровнем минимальной сработки и уровнем максимальной форсировки. Распределение новых ПТК подчинено вероятности затопления и носит микропоясной характер.

2. Сильного подтопления, отрицательного влияния; его верхняя граница на разных водохранилищах колеблется от 0,45 до 1,2 м над НПУ. Ширина пояса -- первые сотни метров, а по заливам и долинам затопленных рек -- до нескольких километров; на берегах, сложенных лессовидными суглинками, за счет капиллярного поднятия влаги граница пояса может превосходить 2 м над НПУ. В этом поясе наблюдается полная структурно-функциональная перестройка существовавших ранее ПТК. Вымочка леса происходит до высоты 0,6--0,8 м над НПУ. Леса замещаются низинными болотами. Выше указанных отметок наблюдается угнетение древостоя, снижение в 1,3-2 раза прироста, падение бонитета на 11--111 класса. Различные типы леса в поясе сильного подтопления трансформируются в осоково-травяные типы наторфянисто-подзолисто-глеевых, торфяно-глеевых почвах. Стадии и смены в лесных ПТК в при-нрежной зоне водохранилищ рассмотрены в работах К.А. Кудинова, Д.Г. Емельянова, К.Н. Дьяконова, А.И. Русаленко и др.

3. Переходный, нарастающего и уменьшающегося подтопления. Занимает территорию в пределах 0,5--1,3 м над НПУ. В годы с высоким стоянием уровня водохранилища и почвенно-грунтовых вод наблюдается активизация процессов заболачивания, а в годы с низким уровнем улучшение аэрации и увеличение фитопродукции ландшафта.

4. Умеренного и слабого подтопления, обычно положительного воздействия на биопродуктивность ландшафтов. Внешняя граница до 3--3,5 м над НПУ; ширина в подзоне прямого влияния до 400 Наибольшее увеличение прироста древесного яруса наблюдается в т ПТК, в которых до создания водохранилищ грунтовые воды располагались ниже корнеобитаемого слоя (сосняки лишайниковые, зеленомошные, чернично-зеленомошные).

В подзоне косвенного влияния прослеживаются пояса увеличений и снижения биологической продуктивности. Ее ширина может превосходить 1-2 км.

Важно подчеркнуть, что сезонная и годовая хроноорганизация процессов в подзоне прямого влияния обнаруживает связь с уровнем во хранилища. Это проявляется в связи уровня водохранилища с ежегодным приростом деревьев (рис. 29), также с численностью и видовым разнообразием млекопитающих, продукцией фитомассы лугов, содержанием кислорода в грунтовых водах, степенью оглеения почв.

Влияние водохранилищ на ландшафты в степной, полупустыни и пустынной зонах имеет свою специфику. Она заключается в том, что на смену процессу подтопления приходит процесс засоления

Влияние крупных водохранилищ, особенно таких как Братск Куйбышевкое, Рыбинское, Бухтарминское л др., на местный климат выражено довольно четко.

Альбедо водной поверхности при высоте Солнца более 20 колеблется от 6 до 12% и всегда меньше альбедо поверхности суши. Поэтому радиационный баланс водохранилищ (Rв) обычно на 15--20% больше радиационного баланса суши (Rc). Осенью за счет увеличения роли эффективного излучения в радиационном балансе и более теплой водой поверхности по сравнению с сушей Rв < Rc.



Индикатором на интенсивность влияния водохранилища выступает разность температур поверхности воды и воздуха на окружающей территории (вне зоны влияния) -Тп-t. Она зависит от глубины водохранилища и его географического положения (рис. 30). Влиянию водохранилища на местный климат свойственны два периода: охлаждающего и отепляющего воздействия. Снижение средней месячной температуры воздуха в первом километре от уреза в апреле--июне равно 0,5--2,5°С; на сибирских водохранилищах -- 1,0--3,5°С, главным образом за счет большего промерзания водоемов (толщина льда на водохранилищах Сибири достигает 1--1,2 м; на водохранилищах европейской части страны -- 0,6--0,8 м).

Весной переход температуры воздуха через 5 и 10° запаздывает на берегах на 3-7 суток, что сказывается на прохождении растениями фенологических фаз; осенью наблюдается сдвиг дат перехода температуры воздуха через 10,5 и 0° на более поздние сроки, на мелких водохранилищах на 3-5 дней, на глубоководных -- на 5-10 дней. Продолжительность безморозного периода на побережье возрастает весной на 1-4, осенью -- на 9--14 (на глубоководных до 20) дней.

Соотношение периодов охлаждающего и отепляющего влияния водохранилищ на уровне дневных и ночных температур воздуха различно. Чаще всего этот факт не учитывается в прогнозе влияния водохранилища на климат. Охлаждающий эффект водохранилищ в дневное время проявляется до начала августа, а отепляющий ночью с середины мая на водохранилищах европейской территории России и с июня в условиях Сибири. Максимальные значения охлаждающего эффекта днем в апреле-мае (2,5--4,5°С), отепляющего -- ночью в августе--сентябре (2,5--3,5°С).

Относительная влажность воздуха в дневные часы всегда выше на берегу (на 4--16%) по сравнению с территорией, на которую влияние водохранилища не распространяется, а ночью -- ниже на несколько

процентов. Абсолютная влажность воздуха в прибрежной зоне вышt на 0,5-2,0 мБ.

Водохранилище снижает число пасмурных дней по нижней облачности весной и летом на 10-20% и увеличивает число ясных дней до 30%. Над акваторией и плоскими берегами по сравнению с территорией более высокой и удаленной на 5-10 км за теплый период выпадает ни 10--20% атмосферных осадков меньше, так как в период охлаждающем) влияния конвенктивная облачность развита над водоемом меньше.

В течение всего теплого периода, за исключением апреля и первой половины мая, скорость ветра в прибрежной зоне выше, причем различия в августе--октябре достигают 1,0-2,2 м/с. На берегах всех води хранилищ развита бризовая циркуляция, влияющая на погоду и формирующая специфические черты местного климата на крупных водохранилищах на расстоянии до 5-8 км.

Бризовая циркуляция определяет размеры ареала влияния. Активное устойчивое влияние прослеживается до 3--5 км от берега, эпизодическое -- до 10-15 км.

В нижнем бьефе (ниже плотины) отчетливо прослеживаются зоны гидрологического, гидрогеологического и климатического влиянии Внутригодовое перераспределение стока и его частичное изъятие и период наполнения чаши вызывают значительно большие изменения в аридной зоне, чем в гумидной, причем в степной и полупустынной зонах влияние в нижнем бьефе по площади обычно превосходит влияние в верхнем бьефе. Оценка эффекта изменений режима пойменных и грунтовых вод дифференцирована в зависимости от зональных и региональных условий.

В лесной зоне европейской территории страны, Западной и Сред ней Сибири регулирование стока рек водохранилищами при избытоном пойменном увлажнении снимает продолжительность весенне-летнего половодья, что в ряде случаев благоприятно для пойменных луговых комплексов.

Однако при этом резко снижается поступление наилка, нарушается главное звено формирования плодородия пойменных почв.

В условиях муссонного климата Дальнего Востока срез летнего пика половодья благоприятно влияет на условия сельскохозяйственно производства. Классическим примером является Зейское водохранилище, позволившее снизить интенсивность и продолжительность летне-осенних паводков на протяжении 640 км от плотины до устья рек

Существенные негативные изменения пойменных комплексов наблюдаются в нижних бьефах аридных районов, где снижение водное связано также с водозабором воды на орошение. Происходит опустынивание и засоление ландшафтов, снижение их биологической продуктивности в несколько раз. Классические примеры -- пойма Иртыш ниже плотины Бухтарминской и Усть-Каменогорской ГЭС, где влияние водохранилища сказывается на расстоянии до 1500 км; Волго-Ахтубинская пойма, нижний бьеф Капчагайского водохранилища и др. Фактором снижения биопродукции пойменных лугов выступает и более холодная вода в летний период (на 6-10°), поступающая в нижний бьеф на сибирских водохранилищах. Заметны различия в температуре на Каховском водохранилище (в мае на 2,5°). Зимний попуск относительно теплых вод приводит к образованию туманов на протяжении нескольких десятков километров (Красноярское, Зейское и др. водохранилища). Изменение гидротермических условий в нижнем бьефе, в частности образование в зимний период незамерзающей полыньи, коренным образом отражается на путях миграции животных.

12.3 Оценка воздействия водохранилищ на окружающую среду

Структура тома (томов) по оценке воздействия крупного водохранилища на окружающую среду выглядит следующим образом.

1. Введение. Цели проекта. Цели ОВОС. Основные и альтернативные варианты. Объем полевых и камеральных исследований. Информационная база ОВОС. Список исполнителей и организаций, принявших участие в составлении проектной документации.

2. Обзор законодательных и нормативных актов международного, федерального, регионального уровней. Ведомственные нормативные документы, инструкции и правила.

3. Методология и методы оценки воздействия применительно к водохранилищам ГЭС.

3.1. Общие принципы.

3.2. Природоохранный анализ проектных решений.

3.3. Методы оценки воздействия на компоненты природной среды.

3.4. Оценка воздействия на природные ресурсы.

3.5. Воздействие на социально-экономические условия региона.

3.6. Трансграничные воздействия (в случае необходимости).

3.7. Критерии оценок допустимых воздействий.

3.8. Критерии сравнения альтернативных вариантов проектов.

3.9. Консультации с общественностью и общественные слушания.

4. Техническая характеристика проекта и его альтернативных вариантов. Обоснование нормального подпорного уровня (НПУ), уровня сработки или уровня мертвого объема (УМО), уровня временной форсировки (УВФ). Выбор створа плотины. Расчет средней и максимальной глубины, ширины, общего объема воды и объема сливной призмы. Лесосводка и лесоочистка чаши водохранилища.

5. Современное состояние окружающей среды. Покомпонентная и комплексная (ландшафтная) характеристика района проектирования. Природные ресурсы. Земельный фонд. Демографическая ситуация. Социально-экономические условия и проблемы.

6. Оценка воздействия на окружающую среду и природоохранные мероприятия.

6.1. Оценка воздействия этапа подготовки и строительства плотины и зданий ГЭС, прокладки линий электропередач постоянных и временных дорог, строительства времен и постоянных поселков, выбора и разработки карьере добыче строительных материалов и т.д.

...