Влияние размыва берегов водохранилищ ГЭС на засорение их древесной массой

8. Мирзеханова, З.Г. Экологический каркас территории в стратегии устойчивого развития: пример практической реализации / З.Г. Мирзеханова // География и природные ресурсы. - 2001. - № 3. - С. 23-28.

9. Нарбут, Н.А. Экологический каркас города Хабаровска / Н.А. Нарбут // География и природные ресурсы. - 2005. - № 4. - С. 148-151.

10. Стратегия формирования экологического каркаса городской территории (на примере Хабаровска) / Н.А. Нарбут, Л.А. Антонова, Л.А. Матюшкина [и др.]. - Владивосток-Хабаровск: Изд-во ДВО РАН, 2002. - 129 с.

11. Никульников, Ю.С. К оценке интегральной хозяйственной освоенности территории СССР / Ю.С. Никуль-ников // География и природные ресурсы. - 1982. - № 3. - С. 13-21.

12. Сохина, Э.Н. Экологический каркас территории как основа системного нормирования природопользования / Э.Н. Сохина, Е.С. Зархина // Проблемы формирования стратегии природопользования. - Владиво-сток-Хабаровск: Изд-во дВо АН СССР, 1991. - С. 194-200.

13. Поздеев, В.Б. Географическая концепция региональной геоэкологии: автореф. дис. ... д-ра геогр. наук / В.Б. Поздеев. - Смоленск, 2006. - 31 с.

14. Полынов, Б.Б. Избранные труды / Б.Б. Полынов. - М.: Изд-во АН СССР, 1956. - 752 с.

15. Реймерс, Н.Ф. Природопользование: сл.-справ. / Н.Ф. Реймерс. - М.: Мысль, 1990. - 637 с.

--------♦'----------

УДК 630.378.4.627.81 В.П. Корпачев

ВЛИЯНИЕ РАЗМЫВА БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС НА ЗАСОРЕНИЕ ИХ ДРЕВЕСНОЙ МАССОЙ*

В статье рассматривается проблема засорения древесной массой водохранилищ ГЭС, построенных на лесопокрытой территории Сибири.

Автор считает, что материалы наблюдений за размывом берегов и прогнозирование значения размывов свидетельствует об актуальности в связи с имеющимися и строящимися водохранилищами ГЭС.

Размыв берегов водохранилищ ГЭС, построенных в лесопокрытых регионах Сибири, оказывает непосредственное влияние на окружающую природную среду. При этом он вносит органические вещества в водохранилища и древесную массу с размываемых берегов.

Водохранилища ГЭС Сибири формировались в руслах рек, расположенных в лесопокрытой зоне. Поэтому, несмотря на разнообразие процессов формирования лож водохранилищ, их объединяет одна проблема - затопление лесных массивов и процесс формирования запасов плавающей древесной массы на акваториях водохранилищ.

Берега водохранилищ находятся под воздействием ветровых волн вдоль береговых течений, колебаний уровня воды, воздействий ледяного поля. Наибольшую опасность для берегов водохранилищ представляют волновые нагрузки вдоль береговых течений.

Разрушение берегов ведет к отступлению береговой линии и формированию нового берегового профиля с пологим откосом. Особенно сильно деформируются участки, где берега сложены лессовыми грунтами.

Переработка берегов идет наиболее интенсивно в первые годы эксплуатации, а затем постепенно затухает. Период активной переработки занимает обычно от 5 до 10 лет, а для стабилизации берега требуется срок 20-30 лет [1].

Так, на водохранилищах ГЭС р. Ангары, строительство которых было завершено в 1959-1974 гг., продолжает активно формироваться береговая линия, интенсивно развиваются абразивные процессы, эрозионные и другие негативные геологические явления. Эти процессы не только затухают, а, наоборот, увеличиваются, как по размерам, так и по темпам развития [2].

Переработка берегов в значительной мере процесс дискретный: наиболее активное разрушение берегов происходит во время штормов. Это говорит о том, что волнение является основной причиной абразии

* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ и ККФН «Енисей-2007» № 07-05-96800.

Эк,ология

берегов водохранилищ. Перемещение и переотложение продуктов происходит под воздействием волнения и вдоль береговых, генерируемых волнением течений. В результате на водохранилищах формируются абразионные и аккумулятивные берега. Первые обычно представляют собой обрывистые образования с узкими пляжами в бухточках между мысами и быстрым нарастанием глубин, вторые - пологие берега с широкими песчаными пляжами и медленно нарастающими глубинами. На водохранилищах эти формы берегов весьма динамичны и изменчивы, так как процесс их формирования происходит при частом изменении уровня, иногда весьма значительном: на некоторых равнинных водохранилищах уровень при сработке меняется до 7-8 м и более. Такой уровенный режим усиливает абразию берегов, их протяженность, которая на некоторых водохранилищах достигает 50-70% и более от общей длины. Так, длина абразионных участков на Цимлянском водохранилище составляет 70%, на Каховском - 85%, на Братском - 41% (2473 км).

Переформирование берегов происходит в два этапа: становление новых берегов и их стабилизация. В первый период наблюдается интенсивное разрушение берегов, формирование аккумулятивных форм и замедление переформирования берегов. Наиболее интенсивно берега водохранилищ разрушаются в первые годы после затопления водохранилищ. Скорость их отступления составляет десятки и сотни метров в год. Так, на Братском водохранилище берег с 1962 по 1967 г. отступил на 759 м; на Каховском водохранилище к концу четвертого года наполнения общая ширина зоны переработки берега составила 90-100 м; на водохранилище Днепрогэс за 18 лет ширина зоны переработки составила 140-180 м.

Следует отметить активизацию абразионного процесса в последние годы на Иркутском водохранилище на береговых склонах, формирующихся в лессовидных суглинках по правому берегу в приплотинной части. В осенний период 1994 г. величина размыва здесь составила около 5 м, а в период с 1987 по 1994 г. среднегодовая величина отступания бровки берегового уступа изменялась от 3 до 6 м [2].

Невооруженным глазом видна береговая эрозия на Красноярском водохранилище, где более 1000 км берега подвержены деформациям, на отдельных участках бровка берега отошла более чем на 300 метров. Причиной береговой эрозии служат колебания уровня воды в водохранилище, волновое воздействие на берега.

Размыв берегов водохранилищ наносит огромный ущерб народному хозяйству, уничтожая сельскохозяйственные и лесные уголья. По этой причине приходится вынужденно переносить жилые поселки и промышленные предприятия, дороги.

Имеющаяся на сегодня информация о величине размыва береговой линии водохранилищ ГЭС Сибири дает возможность составить прогноз размыва береговой линии водохранилища строящейся Богучанской ГЭС (БоГЭС).

Как известно, метод прогнозирования в природопользовании - способ теоретических, а впоследствии практических, действий, направленных на прогнозирование, создание представлений (возможно даже в количественных показателях) о вероятном состоянии природных ресурсов, объектов, комплексов [3-4]. Из традиционных методов прогнозирования можно выделить, например, методы аналогов, экстраполяции, картографический.

Чтобы воспользоваться методом аналогий, необходимо иметь уже исследуемый объект, отвечающий критериям степени сходства.

Метод экстраполяции базируется на условном продолжении в будущее тех закономерностей и особенностей развития, которые установлены в прошлом и настоящем.

Картографический метод используется в качестве прикладного для представления и оценки пространственного развития процессов и явлений.

Для использования математического моделирования, для прогноза изменения экосистем сложная биологическая система представляется в виде отдельных подсистем, связанных между собой функциональными зависимостями, имитирующими либо потоки вещества, либо регулирующие воздействия. В настоящее время этот метод применяется очень ограниченно [4].

Нами выбран метод аналогий. В качестве аналога - водохранилище Братской ГЭС, расположенное в похожих физико-географических условиях, таксационных характеристик лесов, геологических и топографических условиях.

Водохранилище Богучанской ГЭС располагается в бассейне нижнего течения р. Ангары, в основном на территории Красноярского края в Кежемском районе и частично около 16 % по площади зеркала на территории Иркутской области в Усть-Илимском районе.

Абразионные берега по протяженности распространяются на 766 км, что составляет 31,5 % от периметра береговой линии [5].

На рис. 1-2 представлены прогнозируемые размывы берегов водохранилища Богучанской ГЭС на 10-, 25-, 50-, 100-летний период [6].

Определение величины размыва берегов, разработка прогноза размыва необходимы для планирования мероприятий, связанных с предотвращением комплекса отрицательных воздействий размыва, как на окружающую природную среду, так и на инфраструктуру данного региона.

Б, м

№ 1- пос. Кеуль, —№ 2 - пос. Недокура,

—№ 3 - устье р. Ниж. Речка, —№ 4 - устье руч. Ермак

Рис. 1. Прогноз размыва левого берега водохранилища Богучанской ГЭС

Б, м

• № 5 - д. Проспихино

№ 6 - д. Окуневка

—а— № 7 - устье р. Народимой

Рис. 2. Прогноз размыва правого берега водохранилища Богучанской ГЭС

Из общего комплекса отрицательных воздействий на окружающую среду необходимо особо выделить проблему размыва лесопокрытых участков берегов водохранилища. В литературе, рассматривавшей проблему размыва берегов водохранилищ, основное внимание уделено процессу размыва берегов, сложенных из определенных типов грунтов, т.е. только лишь с геологической точки зрения, не связывая размыв берегов с характером лесонасаждений на этих участках. Хотя известно, что в результате размыва берегов вместе с обвалами грунтов, выпадением их в ложе водохранилищ, происходит отпад древесной массы с берегов в водохранилище.

Поэтому, рассматривая динамические процессы на водохранилищах, необходимо связывать между собой размыв берегов с объемами древесной массы, поступающей в ложе водохранилищ.

Исходными данными для определения объемов поступления древесной массы на акваторию водохранилища в результате размыва его берегов являются следующие материалы:

- карты инженерно-геологического районирования берегов водохранилища, прогнозирующие ширину размыва его берегов на 10-летнюю (25-летнюю) стадию, и построенную на учете ветрового волнения и его энергии для каждого расчетного участка, уровенного режима прилегающей части акватории водохранилища, геолого-морфологического строения береговых склонов и физико-механических свойств отложений слагающих берега, их размываемости;

- карты-схемы размещения лесных кварталов, примыкающих к береговой линии водохранилища, построенные на основе данных лесоустройства и комплекта топографических планшетов, составленных в масштабе 1:100000, на которые наносятся береговые лесные квартала, определяется плановое положение контура водохранилища, т.е. его береговая линия;

- таксационные показатели лесных кварталов, примыкающих к береговой линии.

Совмещая эти карты, определяются границы размываемых участков, отступление береговой полосы на рассматриваемых участках. Зная запас древесины на 1 га каждого размываемого участка и величину годового отступления береговой линии, определяется объем поступления сырорастущей древесины, сухостоев и валежника.

Метод определения объемов поступления древесной массы на акваторию водохранилища в результате размыва его берега заключается в следующем.

Вначале определяются границы участков однотипного грунта и протяженности, используя геологическую карту берегов водохранилища.

Каждому участку присваивается порядковый номер с описанием типа грунта и протяженность береговой линии. Полученные данные заносят в графу 1 расчетной табл. 1.

В графу 2 вносятся значения среднегодового отступления береговой кромки на данном участке, взятые по материалам наблюдений гидрометеорологических постов на действующих водохранилищах. При отсутствии данных многолетних наблюдений на конкретном водохранилище используют данные по водохранилищу-аналогу. Для водохранилищ Ангаро-Енисейского бассейна рекомендуется пользоваться материалами, составленными на кафедре использования водных ресурсов СибГТУ на основании обработки фактических данных наблюдений за отступлением береговой кромки на водохранилищах Красноярском, Братском, Усть-Илимском и Саяно-Шушенском.

В графу 3 вписывается результат перемножения длины участка береговой полосы (графа 1) на величину отступления береговой кромки (графа 2).

В графе 4 проставляется номер лесных кварталов, расположенных в границах расчетного участка, выделенного на геологической карте. Номера кварталов выписываются с карты размещения лесных кварталов вдоль побережья водохранилища при совмещении ее с геологической картой.

Зная номера кварталов, в графы 5-8 вносятся таксационные показатели этих кварталов, по которым определяются средние запасы древостоя на 1 га общей площади. Полученные данные вносятся в графы 9-11.

Перемножением средних запасов на 1 га различных видов древостоя на площадь размыва (графа 3) получаем прогнозируемый объем поступления древесной массы в водохранилище с расчетного участка и записываем их в графы 12-15.

Повторяя расчеты для всех участков, выделенных на геологической карте водохранилища, получим в итоге объем древесной массы, поступающей в водохранилище от размыва берегов.

Таким образом, интенсивность переформирования берегов водохранилищ и поступление древесной массы зависит от многих факторов: уровенного режима водохранилища, ветроволновых условий, геологического строения береговых склонов и ложа водохранилища, морфологических особенностей, гидрологических процессов, степени залесенности береговой полосы водохранилища.

96

Объем древесины, поступающей в воду в результате размыва берега

Таблица 1

Тип грунта и его протяженность вдоль береговой линии, 1р, м Данные о ширине размыва грунтов в год, Вр, м Площадь размыва, Sр, га Номер кварталов, примыкающих к береговой линии,N Запас, м3 Общая площадь, Sо, га Средний запас на 1 га общей площади, м3/га Прогноз объемов поступления древесины в воду в результате размыва берегов, м3

о о и щ иэ о о О ск~ о т с о X © о со и н е а в

о СГ ,й и ю о о СГ ,я о т с О X ус © сг го и н л а в

сырорастущего леса, 1Уо сухостоя, валеж- ника, всех видов, \М

Отложения 1,5 3,86 5 17380 1300 2320 106,0 164,0

братской свиты 11 25500 2520 820 152,0 168,0

ордовика 25700 18 17640 960 70 103,0 171,3

25 26170 1500 880 136,0 192,4

34 26490 2140 1100 123,0 215,4

44 56420 5030 580 243,0 232,2

58 3620 210 860 59,0 614,0

59 14820 2140 100 113,0 131,2

60 13080 1380 80 55,0 238,0

61 12840 1780 640 45,0 285,3

62 23110 2840 380 88,0 263,0

63 41570 4290 1410 209,0 199,0

64 2420 50 - 77,6 31,2

65 880 1420 290 71,0 12,4

67 160 480 210 34,0 22,4

70 1550 2000 1500 84,0 18,5

- - - - - -

- - - - - -

Итого 721360 56220 44810 3885,7 185,6 14,5 11,5 716,4 55,9 44,4 816,7

Прогнозируемый объем поступления древесной массы на акваторию Богучанского водохранилища в первые годы его эксплуатации после заполнения до НПУ-208,0 м представлен в табл. 2.

Таблица 2

Прогнозируемый объем поступления древесной массы на акваторию Богучанского водохранилища

Источник поступления Объем поступлений

тыс. м3 %

Переработка берегов водохранилища 219,72 55,12

Отпад частично подтопленных древостоев 140,00 35,12

Лесосплавная деятельность на акватории водохранилища 20,50 5,14

Вынос из рек, впадающих в водохранилище (связанных и не связанных с лесосплавом) 1,39 0,34

Стихийные, экстремальные явления и контролируемые поступления 17,00 4,27

Всего 398,61 100,00

В табл. 2 даны прогнозируемые объемы поступления древесной массы на акваторию водохранилища Богучанской ГЭС в первые (1-2) годы после его наполнения. Представленные прогнозируемые объемы поступления древесной массы рассчитаны без учета древесной массы, которая поступит в водохранилище, если не будут выполнены условия СанПиН 3907-85 [7] и требования технических условий на строительство Богучанской ГЭС [8].

Анализ источников поступления древесной массы на акватории водохранилищ Братской и Богучанской ГЭС показывает, что основным источником загрязнения водохранилищ является древесная масса, поступающая в водохранилища в результате размыва его берегов (51-55 %).

Выводы

В настоящее время нет совершенных методик прогнозирования размыва берегов рек и водохранилищ под воздействием природных и антропогенных факторов. Имеющиеся натурные материалы наблюдений за размывом берегов и прогнозные значения размывов свидетельствуют о том, что эта проблема является актуальной в связи с имеющимися и строящимися водохранилищами ГЭС.

Литература

1. Рекомендации по оценке прогноза размыва берегов равнинных рек и водохранилищ для строительства. ПНИИМС. - М.: Стройиздат, 1972. - 72 с.

2. Государственный экологический доклад. - Иркутск, 1996. - С. 83-85.

3. Яндыганов, Я. Я. Экономика природопользования: учеб. / Я.Я. Яндыганов. - Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та, 1997. - 764 с.

4. О проблемах экологического прогнозирования при зарегулировании стока рек / А.Б. Авакян, В.С. Залежаев, М.Н. Новикова [и др.] // Водные ресурсы. - 1999. - Т. 26. - № 2. - С. 133-142.

5. Богучанское водохранилище. Подземные воды и инженерная геология / под ред. чл.-кор. АН СССР М.М. Одинцова. - Новосибирск: Наука, 1979. - 158 с.

6. Овчинников, Г. И. Прибрежные наносы и донные отложения Братского водохранилища / Г.И. Овчинников, Г.А. Карнаухов. - Новосибирск: Наука, 1969. - С. 71-76.

7. СанПиН 3907-85. Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ. -М.: Госкомсанэпиднадзор, 1986. - 47 с.

8. Технические условия подготовки к затоплению ложа водохранилища Богучанской ГЭС. - М.: Гидропроект им. С.Я. Жука, 1974. - 16 с.

---------♦'----------