Оценка запасов торфа в зоне затопления ложа водохранилища проектируемой Мотыгинской ГЭС на р. Ангара

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

ОЦЕНКА ЗАПАСОВ ТОРФА В ЗОНЕ ЗАТОПЛЕНИЯ ЛОЖА ВОДОХРАНИЛИЩА ПРОЕКТИРУЕМОЙ МОТЫГИНСКОЙ ГЭС НА Р. АНГАРА

Ю.И. Рябоконь - канд. техн. наук, доцент;

В.П. Корпачев - канд. техн. наук, проф.;

А.И. Пережилин - инженер; М.А. Тихненко,

И.Ю. Бандуров, С.В. Копташкин - студенты

Аннотация

В работе представлены результаты аналитической оценки запасов торфа в ложе проектируемого водохранилища Мотыгинской ГЭС на р. Ангара, даны объемы и прогноз всплывания торфяных полей.

Annotation

In work results analytical estimation of stocks of peat on the territory of a projected water basin of Motyginsky HYDROELECTRIC POWER STATION on the river Angara, volumes and the forecast of emerging of peat fields are given.

Основная часть

Создание крупных водохранилищ ГЭС явилось причиной затопления огромных площадей, в зону которых попали торфяно-болотные образования.

При проектировании раздела подготовки лож водохранилища под затопление, разработки ОВОС, мероприятий по обеспечению безопасности ГЭС необходимо знать объемы торфа в зоне затопления, оценить вероятность всплывания торфяных полей.

В работе дается оценка запасов торфа в проектируемом ложе водохранилища Мотыгинской ГЭС на р. Ангаре, выполненная на кафедре ИВР ГОУ ВПО СибГТУ. Основные параметры водохранилища: отметка нормального подпорного уровня (НПУ) - 127,0 м; площадь зеркала при НПУ - 431,28 км²; средняя глубина водохранилища - 15,5 м; средняя ширина - 2020 м; максимальная ширина 3600 м; протяженность водохранилища - 62 км.

Проблема всплывания торфа приобрела особую остроту и актуальность с началом строительства крупных гидротехнических узлов.

Всплывающий и плавающий на акватории водохранилищ торф (иногда и торфяные острова площадью до 1 км²) создает помехи судоходству, рыболовству, проведению водного транспорта леса и особенно нормальной эксплуатации электростанций. Так, в 1954 г. на одной из Кольских ГЭС приплывший торфяной остров перекрыл подводящий канал и привел к полной остановке станции. Иногда острова, подплывая к торфозащитным пристанционным запаням, создают перепады уровней воды, подносимые течением куски торфа, забивают сороудерживающие решетки, изменяют гидрохимический и газовый режим воды в водохранилищах. Эти отрицательные последствия снижают выработку электроэнергии гидроэлектростанций, качество воды в водохранилищах. Например, желто-коричневая вода в первые годы затопления Камского водохранилища угнетающе действовала на ихтиофауну и ограничивала возможности ее хозяйственно-питьевого использования.

Важным фактором, влияющим на интенсивность всплывания торфяных залежей, являются: ботанический состав и степень разложения торфа, его зольность, толщина слоя воды над торфяными массивами, амплитуда и характер колебания уровня воды над торфяными полями, температура воздуха и сроки оттаивания и промерзания торфяных болот, а также мощность и сроки ледовых и снеговых явлений (ледостав, ледоход, рост снежного покрова) [1, 2, 3]. Ниже кратко характеризуется методология оценок причин и механизмов всплывания торфяных залежей болотных массивов, попадающих в зону затопления водохранилища [2, 3].

Всплывание торфа, вследствие газообразовательных процессов зависит от [5]: торфяной залежь водохранилище всплывание

ботанического состава торфа, так как количество газов (СО₂, Н₂, СН₄ и др.) в верхних слоях торфяной залежи зависит от интенсивности развития в ней микробиологических процессов и способности торфа удерживать эти газы, в зависимости от степени его разложения, вследствие чего образуется подъемная сила. Наиболее активны в этом отношении торфа с малой степенью разложения 5…20 %, менее активно всплывают при большей степени разложения 20…25 %;

активности всплывания, которая снижается по мере увеличения зольности торфа (начиная с 23 %), а при 35 % торфяная залежь практически инертна к всплыванию. Более всего подвержены всплыванию низинные торфа, если их зольность не превышает 10 %. Активно всплывают торфа переходных болот при малых значениях зольности и степени разложения, так как в их составе остаются остатки органических веществ, способствующих активизации процессов образования газов;

влажности торфа, так как значимые разрывы просматриваются в горизонтах торфяных залежей с резко повышенными значениями влажности 90…94 %.

Отметим, что средние характеристики торфяных залежей болот рассматриваемого водохранилища составляют [6]:

степень разложения - 24…25 %;

зольность - 14…18 %;

влажность - 89,5 %.

Степень затопления торфяных болот оказывает значимое влияние на всплывание торфяных залежей. Механизм всплывания проявляется в том, что в мелководных зонах водохранилищ (до глубины 2,5 м) хороший прогрев вызывает интенсивную деятельность микроорганизмов, что обусловливает повышение скорости газообразования в торфяной залежи. С увеличением глубины воды, в ее придонном слое уменьшается температура воды (следовательно, падает активность микроорганизмов и интенсивность газообразования) и возрастает давление слоя воды на затопленный торфяник.

По степени всплытия торфа в водохранилищах выделяют четыре батиметрические зоны: до 2,5 м; 2,6…5,0; 5,1…10,0; 10 м и более. Наиболее благоприятные условия всплытия торфа в первой зоне, значительное уменьшается всплытие в третьей зоне и практически отсутствует в четвертой зоне.

Всплывание торфа происходит в результате его промерзания или смерзания со льдом. Этот фактор проявляется при ежегодном наполнении водохранилища, когда затапливается промерзшая торфяная залежь. Чем более изменчив характер колебания уровня воды, тем больше торфяных полей, при прочих равных условиях, подвержено промерзанию и смерзанию с ледяным покровом. Кроме того, при затоплении мелководных участков, вмерзшие в лед деревья увлекают за собой верхние слои торфяной залежи. В исследуемых районах такое всплывание торфа можно ожидать только на пойменных болотах береговой полосы р. Ангары и частично в низовье залива р. Каменки, в тех местах, где торфяная залежь имеет большое количество пней, древесной растительности, гарей.

В зоне затопления будущего Мотыгинского водохранилища крупных торфяно-болотных образований не имеется. Существующие болота располагаются в основном по долинам притоков (рек Аладьина, Ниж. Ослянка, Каменка, Манзя и Ельчимо), а так же по берегам р. Ангары на поверхности речной поймы (высота поймы 1,5…7,0 м), на поверхности I надпойменной террасы (высотой 7,0…12,0 м) и на поверхности II надпойменной террасы (высотой 13,0…18,0 м).

Общая площадь болот, попадающих в зону затопления, составляет около 2,9 % от площади зеркала будущего водохранилища.

Необходимо отметить, что площадь болот, расположенных в долинах притоков, значительно превышает площади береговых болот р. Ангары в зоне затопления Мотыгинского водохранилища, составляя 1034,4 га, то есть 91,5 % от их общей площади. Непосредственно по левому берегу р. Ангары болота располагаются в приплотинной части 12,63 га (1,11 %); по правому берегу, в основном, на Ельчимо-Пинчугском расширении 46 га (4,06 %).

Площади болотных массивов, в зависимости от растительности на их поверхности и расположения по долине будущего водохранилища, определенные по исследованиям кафедры ИВР, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Болота в зоне затопления Мотыгинского водохранилища

^* - за нулевой километр принят створ ск. Выдумский Бык;

^** - площадь болот в % от общей площади зеркала заболоченных земель, затапливаемых в ложе будущего водохранилища.

В долине реки Каменки, на 54…55 км от створа проектируемой плотины МоГЭС, располагаются основные массивы болот затопляемой зоны водохранилища. В зависимости от распространения на этом участке мерзлоты (многолетней по днищу долины или частично линзовой по террасам), при наполнении его водой следует ожидать деградации болотных покровов и всплывание торфяников. Однако конфигурация залива, образованного затопленным участком долины р. Каменка, такова, что достаточно в нижней части залива установить торфозадерживающую запань и этим практически можно обеспечить защиту акватории Мотыгинского водохранилища от засорения торфяными островами и кусками торфа.

Краткая характеристика торфяных залежей по их размерам (площадям), расположению в зоне затопления водохранилища Мотыгинского гидроузла и возможного всплытия, установленная на основе выполненных авторами исследований, представлена в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика торфяных залежей

в числителе показана общая площадь болот, расположенных на данной глубине;

в знаменателе - площадь возможного всплывания торфяников.

Таким образом, площадь болот, где возможно всплывание торфяных залежей, по приведенным выше причинам, составляет 6,43 км². Полагая, что мощность всплывающих полей торфа, в первом приближении, равна промышленной мощности торфяного пласта (1,8 м), то объем возможного всплывающего торфа составит 11574 тыс. м³.

Если изолировать в будущем прямое поступление торфа из заливов четырех основных притоков водохранилища, то на его акваторию попадет лишь около 1369 тыс. м³ (11,8 %) или около 164 тыс. т торфа (при среднем значении объемного веса торфа 0,12 г/см³).

Заключение

Необходимость оценки запасов торфа в ложе проектируемого водохранилища Мотыгинской ГЭС и прогноз его всплывания следует знать для разработки мероприятий, связанных с охраной водных ресурсов, обеспечения безопасности ГЭС и организации транспортных работ на водохранилище.

Для оценки достоверности прогноза необходимо провести натурные обследования зоны затопления.

Библиографический список

1. Львов, Ю. А. Методические материалы к типологии и классификации болот Томской области / Ю.А. Львов // Типы болот как система болотных фракций. Биологические науки. 1977. № 9. С. 97-113.

2. Методологические указания по прогнозированию процесса всплывания торфа в водохранилищах умеренной климатической зоны СССР. М., 1983.

3. Иванов, В. Н. Особенности классификации торфяных залежей и растительных группировок болот при прогнозировании всплытия торфа на затопленных торфяных массивах при создании водохранилищ / В.Н. Иванов, Г.С. Молкин // Типы болот СССР и принципы их классификации. Л.: Наука, 1974.

4. Богучанское водохранилище. Подземные воды и инженерная геология территорий / Под. ред. Одинцова М. М. Новосибирск: Наука, 1979. 158 с.

5. Рябоконь, Ю. И. Проблемы очистки акватории водных объектов от плавающих торфяных полей / Ю.И. Рябоконь, К.В. Гудаев // Лесоэксплуатация. 2002. Вып. 4. С. 21-31.

6. Прогнозирование засорения и загрязнения водохранилища Мотыгинской ГЭС древесной массой и органическими веществами, разработка комплекса мероприятий по санитарной очистке ложа водохранилища: отчет о НИР / ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»; рук. В.П. Корпачев. Красноярск, 2006. 55 с.

Размещено на Allbest.ru