Оценка объемов органических веществ растительного происхождения в ложе водохранилища Богучанской ГЭС

УДК 519.216.3 В.П. Корпачев, А.А. Андрияс, А.И. Пережилин, М.А. Тихненко

ОЦЕНКА ОБЪЕМОВ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В ЛОЖЕ ВОДОХРАНИЛИЩА БОГУЧАНСКОЙ ГЭС

В статье представлена оценка объемов органических веществ растительного происхождения в ложе водохранилища Богучанской ГЭС после проведения работ по лесосводке и лесоочистке.

Ключевые слова: ложе водохранилища, лесосводка, лесоочистка, органические вещества, загрязнение, засорение.

V.P. Korpachyov, A.A. Andriyas, A.I. Perezhilin, M.A. Tikhnenko ESTIMATION OF THE PHYTOGENOUS ORGANIC SUBSTANCE VOLUMES IN THE BOGUCHAN HPS WATER BASIN BED

Estimation of the phytogenous organic substance volumes in the Boguchan HPS water basin bed after commercial forest cutting and deforestation is given in the article.

Key words: water basin bed, commercial forest cutting, deforestation, organic substance, pollution, littering.

Цель исследования: определение возможных объемов затопления древесно-кустарниковой растительности при различных вариантах организации работ по подготовке ложа водохранилища Богучанской ГЭС под затопление для оценки влияния на качество воды органических веществ растительного происхождения.

Водохранилища гидравлических электростанций (ГЭС), построенные в лесопокрытых регионах, явились аккумулятором не только плавающей, затопленной и полузатопленной древесной массой, но и аккумулятором огромной массы органических веществ: лесной опад, корневая система древесины и кустарников и т.д. - это элементы, которые оказывают влияние на качество вод водохранилища и непосредственно на водные ресурсы в нижнем бьефе ГЭС.

Источники загрязнения водохранилищ ГЭС органическими веществами можно разделить на надземные, внутрипочвенные и внешние, находящиеся за пределами водохранилищ.

К надземным источникам загрязнения органическими веществами относят древесно-кустарниковую растительность и живой напочвенный покров.

Поверхностные ресурсы составляют лесной опад, лесная подстилка, дернина, моховой очес на болотах, корневые системы древесно-кустарниковых пород, размещающиеся в подстилке и живой напочвенный покров.

Внутрипочвенные ресурсы - гумусовые вещества почвенного профиля, торф и сапропель.

Исходными данными для определения объемов (ресурсов) органических веществ являются: объемы древесной массы, определенной по методике прогнозирования объемов засорения древесной массой водохранилищ ГЭС; объем древесины в пнях, корневой системе; объемы гумуса; объемы торфа; запасы органических веществ в лесной подстилке; воды, приносимые впадающими в водохранилище реками, содержащими биогенные, органические вещества и микроэлементы; органические вещества, поступающие с промышленно-бытовыми сточными водами; органические вещества, поступающие в водохранилище в процессе размыва берегов; органические вещества, выпадающие с атмосферными осадками; органические вещества, возникающие в водохранилище за счет развития фитопланктона.

В настоящей работе представлена оценка объемов органических веществ растительного происхождения, поступающих в ложе водохранилища Богучанской ГЭС, для двух наиболее вероятных (по мнению авторов) вариантов работ по лесосводке и лесоочистке.

Вариант 1. На территории Красноярского края в ложе водохранилища проводятся работы только по лесоочистке спецучастков на площади 13320,8 га. На территории Иркутской области работы по лесосводке и лесоочистке не проводятся. Объем затопленной древесно-кустарниковой растительности составит 8647,0 тыс. м3 (табл. 1), объем древесной массы на акватории водохранилища после первого года эксплуатации водохранилища - 1322,05 тыс. м3 [13].

Вариант 2. Предусматривает проведение лесоочистки на спецучастках в границах Кежемского района и проведение лесосводки на территории Усть-Илимского района Иркутской области. Объем затопленной

древесно-кустарниковой растительности составит 7714,2 тыс. м3 (см. табл. 1), объем древесной массы на акватории водохранилища после первого года эксплуатации водохранилища - 1276,92 тыс. м3 [13].

В зоне затопления в процессе лесосводки на территории Кежемского района в 1981-1987 годах убрано 6612,6 тыс. м3. Объем древесины осины, березы, убранной в процессе первой лесосводки, составляет 21,4 % (таблица 5.5 [1]).

Объем древесины в пнях от первичной лесосводки составит 155,92 тыс. м3 (объем древесины в пнях составляет 3 % от объема заготавливаемой древесины [3, 4]).

Согласно отраслевой методике определения объемов вторичных материальных ресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности [5], пни составляют от 2 до 3 % объема заготавливаемой древесины.

По данным работы [6], в пнях теряется от 3 до 5 % запаса древесины на корню.

Санитарные нормы и правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ (Сан-ПиН 3907-85) допускают оставлять при проведении лесосводки и лесоочистки пни высотой 50 см, т.е. объем древесины в пнях в зоне затопления может составлять до 7 % общего запаса древесины на корню.

Объем корневой системы зависит от породного состава. Зная объем породного состава насаждений, можно определить суммарный объем корневой системы в зоне затопления водохранилища.

Без учета запаса древесной массы в корневой системе осины и березы, объем древесной массы в корневой системе после проведения первой лесосводки составит 787,46 тыс. м3, или 464,6 т АСВ (табл. 1, 2).

Объем лесной подстилки зависит от типа тайги и составляет по разным источникам от 17 до 90 т/га [7, 8]. Натурные обследования в разных створах водохранилища показали на слабый слой лесной подстилки.

По данным отчета [9], объем лесной подстилки составляет 7366 тыс. т АСВ.

Таким образом, при затоплении почв глубоководной и мелководной зон водохранилища Богучанской ГЭС объем органического вещества в воде составит более 27 млн т. Наименьший вклад поступления органики в воду окажут подзолистые почвы, имеющие мощность гумусового горизонта от 1 до 3 см и незначительное распространение в ложе водохранилища, наибольший - аллювиальные почвы. Объем гумусового горизонта составит 19672 тыс. т АСВ, подстилки - 7366 тыс. т АСВ. Более 27 % от всей почвенной органики, находящейся в ложе будущего водохранилища, будет составлять лесная подстилка, которая начнет разрушаться с момента наполнения водохранилища и являться постоянным источником поступления органики на всех стадиях заполнения водохранилища.

Почвы в ложе Богучанской ГЭС содержат маломощный гумусовый горизонт от 10 до 20 см. Иногда в слабоподзолистых почвах от 25 до 30 см залегает второй гумусовый горизонт мощностью от 10 до 15 см. Почвы содержат от 3 до 7 % гумуса в верхнем горизонте и от 1 до 1,5 % в подзолистом. По данным И.В. Тюрина [7], общее количество гумуса в метровой толщине подзолистой лесной (включая подстилку) почвы составляет 110 т/га толщи.

Максимальная мощность гумусового горизонта (по данным экспедиционных исследований) не превышает 32 см [9].

Слабый слой гумуса объясняется тем, что в период проведения первой лесосводки и лесоочистки был нарушен естественный процесс формирования гумуса, малым запасом лесного опада, изменившимися влагообменом и температурой воздуха на поверхности почвы [1].

Для оценки запаса торфа в ложе водохранилища Богучанской ГЭС рассматриваются два источника информации [2, 10].

Исследованиями, представленными в [2], в Богучанском водохранилище выявлено и охарактеризовано 144 торфяных месторождения. Площадь затопления торфяных месторождений составляет 9,5 тыс. га с запасом 86,6 млн м3, или 11,483 млн т АСВ. Основная масса затопляемого торфа будет расположена на глубинах, превышающих 5 и даже 10 м.

По материалам отчетов [9, 10], площадь торфяных залежей составляет 7682 га с запасом торфа 122,9 млн м3 (16,3 млн т АСВ).

Что касается всплывания торфа, то по типам залежи около 80 % составляют месторождения низинного типа, переходного типа - 13 % и верхового типа менее 10 %. Мощность всплывания торфяных островов ожидается от 0,2 до 2,5 м при доминировании величин от 0,5 до 1,0 м. Доминирующими будут торфяные массивы от 1 до 20 га.

Трудно достаточно точно оценить объемы возможного всплывания торфа, т.е. дать прогноз всплывания торфа в зоне затопления водохранилищ. Для точного прогнозирования всплывания торфа необходимо в течение длительного времени проводить наблюдения на водохранилищах. К сожалению, по водохранилищу

Богучанской ГЭС можно опираться только на прогнозные параметры всплывания торфа, представленные в работах [2, 10]. Другие исследования отсутствуют.

Наилучшие условия для всплывания торфа складываются на мелководье в первой батиметрической зоне на глубине до 2,5 м. Вторая батиметрическая зона прогревается слабее и в более поздние сроки. Еще более неудовлетворительные условия для всплывания торфа складываются в третьей батиметрической зоне. И, наконец, в четвертой батиметрической зоне, характеризующейся глубинами воды более 10 м, способны подниматься лишь зыбунные и сплавинные участки торфа.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что основные массивы торфяных месторождений и заболоченных участков находятся в четвертой батиметрической зоне, в зоне наименьшего всплывания торфа. Наибольшие площади всплывания торфа находятся в заливах по притокам реки Ангары в долинах рек Ката, Парта, Кова, Немнига, Балаганная (362,8 га, I и II батиметрические зоны).

В таблице 1 представлены объемы древесных ресурсов и органических веществ в ложе водохранилища Богучанской ГЭС непосредственно после заполнения водохранилища до отметки НПУ 208,0 м по двум вариантам.

Таблица 1

Объемы древесных ресурсов и органических веществ в ложе водохранилища БоГЭС непосредственно после заполнения водохранилища до отметки НПУ 208,0 м по вариантам

Показатель Ресурсы органических веществ

тыс. м3 АСВ, тыс. т

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2

Реальный объем затопления сырорастущей древесины после проведения лесосводки и лесоочистки 8647,00 7714,20 5101,73 4551,38

Порубочные остатки: от первой лесосводки 495,86 495,86 292,56 292,56

от второй лесосводки на территории Красноярского края - - - -

от лесосводки на территории Иркутской области - 173,10 - 102,13

Сухостой и валежник 1280,58 1191,22 755,54 702,82

Разнесенная древесина вдоль уреза воды 19,20 19,20 11,33 11,33

Потери от стихийных бедствий, неучтенные 3,00 3,00 1,77 1,77

Пни от первой лесосводки 155,92 155,92 91,99 91,99

от второй лесосводки на территории Красноярского края - - - -

от лесоочистки 38,20 369,90 22,54 218,24

от лесосводки на территории Иркутской области - 38,20 - 22,54

Корневая система: от первой лесосводки 787,46 787,46 464,60 464,60

лесосырьевых ресурсов на территории Красноярского края и Иркутской области 1282,80 1282,80 756,85 756,85

Итого древесных ресурсов 12710,02 12230,86 7498,91 7216,21

Лесная подстилка* 7029,0 7029,00

Гумус 14318,0 14318,00

Торф 11438,0 11438,00

Живой напочвенный покров 241,7 241,70

Итого 40525,61 40242,91

В таблице 2 представлены суммарные объемы древесных ресурсов и органических веществ в ложе водохранилища Богучанской ГЭС после первого года заполнения, после проведения лесосводки и лесоочи-стки по первому и второму вариантам.

Таблица 2

Суммарные объемы древесных ресурсов и органических веществ в ложе водохранилища БоГЭС после первого года заполнения при проведении только лесоочистки на территории Кежемского района

Показатель Ресурсы органических веществ

тыс. м3 АСВ, тыс. т

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2

Реальный объем затопления сырорастущей древесины после проведения лесосводки и лесоочистки 8647,00 7714,20 5101,73 4551,38

Порубочные остатки: от первой лесосводки 495,86 495,86 292,56 292,56

от второй лесосводки на территории Красноярского края - - - -

от лесосводки на территории Иркутской области - 173,10 - 102,13

Сухостой и валежник 1280,58 1191,22 755,54 702,82

Вынос древесины из рек незадействованных в целях лесосплава 0,23 0,23 0,14 0,14

Разнесенная древесина вдоль уреза воды 19,20 19,20 11,33 11,33

Потери от стихийных бедствий, неучтенные 3,00 3,00 1,77 1,77

Потери от деятельности лесосплавных и лесозаготовительных предприятий 20,20 20,20 11,92 11,92

Размыв берегов 173,05 173,05 102,10 102,10

Пни от первой лесосводки 155,92 155,92 91,99 92,00

от второй лесосводки на территории Красноярского края - - - -

от лесоочистки на территории Красноярского края 38,20 369,90 22,54 218,24

от лесосводки на территории Иркутской области - 38,20 - 22,54

Корневая система: от первой лесосводки 787,46 787,46 464,60 464,60

лесосырьевых ресурсов на территории Красноярского края и Иркутской области 1282,80 1282,80 756,85 756,85

Итого древесных ресурсов 12903,50 12424,34 7613,07 7330,38

Лесная подстилка 7029,00 7029,00

Гумус 14318,00 14318,00

Торф 11438,00 11438,00

Живой напочвенный покров 241,70 241,70

Итого 40639,77 40357,08

Примечание: для сравнительной оценки степени загрязнения водохранилища органическими веществами и древесно-кустарниковой растительностью в зоне затопления водохранилища Богучанской ГЭС из названных источников аналитических и экспедиционных исследований в таблице 2 приняты минимальные значения загрязнителей - лесной подстилки, гумуса, торфа. Однако для общей оценки загрязнения водохранилища необходимо принимать максимальные значения загрязнителей: лесная подстилка -7366 тыс. т [10] АСВ, гумус - 19672 тыс. т АСВ [10], торф - 16300 тыс. т АСВ [2].

Анализ данных в таблицах 1, 2 свидетельствует, что основными источниками засорения водохранилища являются лесная подстилка, гумус и торф.

В процессе формирования и эксплуатации водохранилища происходит накопление органических веществ за счет развития фитопланктона [2]. Основная масса фитопланктона создается в самом водохранилище. Среднегодовое поступление фитопланктона в водохранилище с речным стоком составляет 13 тыс. т сырой массы. В период интенсивного развития водорослей (конец мая - начало октября) биомасса водорослей составляет 816 г/м3 [11].

Анализ результатов проведения работ по двум вариантам позволяет сделать следующие выводы:

1. Вариант 1 - при подготовке ложа водохранилища под затопление выполняются работы только по лесоочистке спецучастков в ложе водохранилища при его заполнении до отметки 208,0 м. Объем затопленной древесно-кустарниковой растительности составит 8647,0 тыс. м3, или 5101,7 тыс. т. АСВ (12,55 % от общей массы загрязнителей). Объем плавающей древесины на акватории водохранилища составит непосредственно при заполнении водохранилища до отметки 208,0 м - 701,9 тыс. м3, после первого года эксплуатации водохранилища - 1322,0 тыс. м3.

2. Вариант 2 - при подготовке ложа водохранилища под затопление выполняются в полном объеме работы по лесоочистке на территории Красноярского края и лесосводке на территории Иркутской области. Объем затопленной древесно-кустарниковой растительности составит 7714,2 тыс. м3, или 4551,4 тыс. т АСВ (11,28 % от общей массы загрязнителей). Объем плавающей древесины на акватории водохранилища составит непосредственно при заполнении водохранилища до отметки 208,0 м - 702,9 тыс. м3, после первого года эксплуатации водохранилища - 1276,9 тыс. м3.

3. Основными источниками загрязнения водохранилища являются гумус, торф, лесная подстилка. Их доля от общей массы АСВ органических загрязнителей составит 81,3 % по первому варианту и 81,8 % по второму варианту.

Литература

1. Разработка прогноза засорения и загрязнения водохранилища Богучанской ГЭС древесной массой и органическими веществами, комплекса предложений по очистке водохранилища от древесной массы: отчет о НИР (промежуточ.) / ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»; рук. В.П. Корпачев. - Красноярск, 2006. - 85 с.

2. Богучанская ГЭС на реке Ангара: Технический проект. Т. III. Водохранилище и охрана окружающей среды. Кн. I. - М. : Гидропроект, 1976. - 219 с.

3. Отраслевая методика определения объемов вторичных материальных ресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности. - М. : ВНИПИЭНлеспром, 1978. - 66 с.

4. Вороницын К.И., Гулеев С.В. О минимальной высоте пня // Лесн. пром-сть. - 1987. - № 7. - С. 15-16.

5. Векслер А.Б., Ивашинцов Д.А., Стефанишин Д.В. Надежность, социальная и экологическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятия решений. - СПб. : Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веднеева», 2002. - 180 с.

6. Проектирование водохозяйственных систем: пер. с чешс. / под ред. В.Х. Отмана. - М.: Стройиздат, 1984. - 368 с.

7. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения : учеб. для вузов. - М.: Лесн. пром-сть, 2001. - 368 с.

8. Роде А.А., Смирнов В.Н. Почвоведение: учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 1972. - 480 с.

9. Прогноз качества воды в водохранилище и в нижнем бьефе Богучанской ГЭС / СО РАН, ИВЭП ДВО РАН. - Красноярск-Хабаровск, 2009. - 178 с.

10. Уточненный прогноз всплывания торфа в Богучанском водохранилище / Горьковская геологоразведочная экспедиция. - Горький, 1984. - 140 с.

11. Кибальчич И.А., Артемова Г.З. Санитарное состояние Братского водохранилища в первые годы его заполнения (1962-1964 гг.) // Формирование природных условий и жизни Братского водохранилища. -М.: Наука, 1970. - С. 226-227.

12. Карнаухова Г.А. Оценка выноса химических элементов, поступающих в Братское водохранилище // Водные ресурсы. - 1999. - Т. 26. - № 3. - С. 335-339.

13. Корпачев В. П., Пережилин А.И., Андрияс А.А. Проблемы засорения водохранилищ ГЭС Сибири древесной массой: моногр. - Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2010. - 114 с.