Извлечения из Методических указаний по оценке влияния гидротехнических сооружений на окружающую среду (ОАО "ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева" и ОАО "Ленгидропроект")

В данных извлечениях содержатся указания на некоторые проблемы, недостаточно описанные в двух предыдущих документах. Наиболее существенные моменты выделены желтым фоном и красным шрифтом.

2.1.1. Создание крупных гидроузлов на реках вносит большие изменения в их естественный гидрологический режим. В результате регулирующего действия водохранилища сток реки в нижнем бьефе становится более равномерным в течение года. Регулирующее влияние водохранилищ сказывается на значительных по протяжению участках реки ниже плотин и распространяется до ее устья. Условно можно считать, что протяженность нижних бьефов определяется по границе восстановления естественного гидрологического режима (главным образом, под влиянием крупных притоков).

2.1.2. Регулирующее влияние водохранилища приводит к существенному перераспределению стока по сравнению с бытовым состоянием: уменьшаются расходы паводка и увеличиваются расходы межени. Это перераспределение тем существенней, чем больше регулирующая (полезная) емкость водохранилища. Суточное и недельное регулирование мощности ГЭС вносит в гидравлический режим рек своеобразие, характерное только для нижних бьефов, - прохождение волн попусков, влияние которых может охватывать участки значительной протяженности. Неустановившийся режим течения, возникающий при прохождении волн попусков, сказывается как на гидравлических условиях, так и на русловых переформированиях в нижних бьефах.

2.1.4. Влияние неустановившегося движения, возникающего в нижних бьефах энергетических гидроузлов в результате суточного и недельного регулирования стока, распространяется на равнинных реках на расстояние до нескольких сотен километров от плотины. Причем длина, на которую распространяется влияние режима работы ГЭС, зависит от "полноты" осуществляемого ею регулирования мощности.

Под полным недельным регулированием понимается режим, при котором ГЭС может полностью останавливаться в нерабочие дни; под полным суточным регулированием понимается режим, при котором в течение суток в часы ночного и дневного провалов графика потребительской нагрузки ГЭС может полностью останавливаться, а в часы утреннего и вечернего максимума работать с полной располагаемой мощностью.

Зимой при осуществлении суточного и недельного регулирования мощности снимается ограничение по обеспечению нормируемой глубины по условиям судоходства, благоприятных условий для рыбного хозяйства и т.п., но во многих случаях должны учитываться условия неподтопляемости территорий, находящихся в нижних бьефах гидроузлов, а также санитарно-гигиенические условия водопользования при наличии в нижнем бьефе сбросов сточных вод.

2.2.1. Задержка водохранилищем твердого стока и перераспределение во времени стока воды приводит к изменению руслового процесса в верхнем и нижнем бьефах гидроузла. Преобладающие в естественных условиях обратимые деформации русла, обусловленные транзитным транспортом наносов, поступающих с площади водосбора, после возведения гидроузла сменяются необратимыми деформациями. Создание водохранилища приводит к тому, что большая часть наносов (а в крупных водохранилищах на равнинных реках практически все наносы) осаждается в нем, и в нижний бьеф вода поступает осветленной. В результате происходит постепенное занесение чаши водохранилища донными наносами и его заиление взвешенными наносами. В этих условиях в нижнем бьефе поток, транспортирующая способность которого оказывается недостаточной, начинает насыщаться за счет размыва примыкающего к гидроузлу участка нижнего бьефа. Этот участок превращается в зону питания наносами расположенной ниже части реки. В русле начинают развиваться необратимые деформации, в которых преобладает общий размыв.

Как правило, это происходит уже в строительный период при стеснении русла перемычками. В дальнейшем, при временной, а затем и при постоянной эксплуатации гидроузла, зона переформирования русла распространяется вниз по течению. На этот процесс накладывается влияние изменения водного режима. Происходит трансформация русла нижнего бьефа - изменение геометрических и гидравлических характеристик русла реки, проходящее на значительном ее протяжении и обусловленное нарушением ранее существовавших режимов твердого и жидкого стока [4]. Трансформация русла влечет за собой изменение связей расходов и уровней воды, характеризовавших отдельные сечения водотока.

2.2.2. Преобладание общего размыва в процессе трансформации русел нижних бьефов является определяющим для равнинных рек, несущих сравнительно небольшое количество наносов. В условиях гидротехнического строительства в горных районах на реках с большим объемом твердого стока при малых объемах водохранилища происходит сравнительно быстрое его заиление и наносы вновь начинают поступать в нижний бьеф. Процесс общего размыва в этом случае прекращается, в ранее размытом русле начинают откладываться сбрасываемые через гидроузел наносы и происходит так называемый завал нижнего бьефа. Срок заиления равнинных водохранилищ, преобладающих на территории России, исчисляется сотнями лет, что и определяет основную роль общего размыва в процессе трансформации русел нижних бьефов гидроузлов, возведенных на равнинных реках.

2.2.3. Наряду с трансформацией русла нижнего бьефа, строительство гидроузлов вызывает его местные деформации, обусловленные повышенной турбулизацией, местным сосредоточением и изменением направления потока под воздействием гидротехнических сооружений и регуляционных работ.

При ограничении размывов выходами коренных пород или образованием естественной отмостки, чему особенно благоприятствует сложное геологическое строение русла, размыв может быстро развиваться в длину, особенно при больших уклонах водотока. Снижение уровней воды в этих случаях может быть весьма значительным при сравнительно быстрой стабилизации процесса [5, 6].

При возведении гидроузлов на участках рек, где в бытовых условиях происходило постепенное повышение русла за счет осаждения большого количества транспортируемых наносов при выходе реки с горного или предгорного участка на равнину, при зарегулировании реки происходит изменение общей направленности руслового процесса и начинается "врезка" русла за счет размыва его осветленным потоком.

2.2.6. Вследствие того, что в пределах зоны общего размыва нижнего бьефа расход наносов остается меньше транспортирующей способности потока, происходит размыв зоны отложений. В результате этого поток оказывается полностью насыщен наносами и вновь откладывает их ниже по течению. Таким образом, происходит перемещение вниз по течению зоны отложений.

Это общее для абсолютного большинства исследованных гидроузлов явление наиболее отчетливо проявляется в смещении лимитирующих судоходство перекатов.

В верхнем бьефе, в зоне выклинивания подпора происходит отложение наносов, постепенно смещающееся вверх по течению (регрессивная аккумуляция наносов), иногда с образованием дельты. При этом может происходить повышение уровней воды и распространение подпора вверх.

2.2.7. При резком колебании уровней нижнего бьефа, обусловленном суточным регулированием мощности ГЭС, процесс продвижения вниз по течению зоны интенсивного переформирования и зоны стабилизации русла может несколько замедляться за счет увеличения притока наносов в русло при обрушении и оползании берегов (боковая эрозия) после прохождения попусковых волн. Приток наносов в русло, происходящий за счет боковой эрозии, увеличивает заносимость перекатов и уменьшает их устойчивость. Однако, поскольку зона интенсивной боковой эрозии русла, как и весь процесс его переформирования, смещается вниз по течению, общая направленность этого процесса, выражающаяся в постепенной стабилизации примыкающего к гидроузлу участка нижнего бьефа, сохраняется.

2.2.8. Причиной обрушения берегов в нижнем бьефе является, как правило, интенсивная суффозия грунта береговых откосов фильтрационным потоком, направленным в русло в периоды резкого спада уровней воды в реке при практически мгновенном отключении агрегатов ГЭС.

Увеличение боковой эрозии непосредственно ниже сооружений может происходить в результате изменения направления потока и перераспределения расходов воды на отдельных участках русла реки в нижнем бьефе.

Эрозия берегов бывает также связана с волнами от проходящих судов или другого происхождения, например, с волнами, обусловленными работой водосливов.

2.2.9. В процессе переформирования русла нижнего бьефа, перестраивающегося в соответствии с новым гидрологическим режимом потока, во многих случаях отмечается уменьшение извилистости русла и выравнивание разницы между объемами русла на плесовых и перекатных участках. Наряду с размывом перекатов и занесением плесовых участков при взаимодействии зарегулированного потока и русла, этому выравниванию способствуют землечерпательные работы на перекатах, при проведении которых плесовые участки используются для отвалов грунта. В результате речное русло приобретает форму, приближающуюся к форме канала.

2.2.11. В зимний период эксплуатации гидроузлов волны суточного регулирования могут явиться причиной подвижек льда и заторных явлений, когда ледяные поля, приведенные в движение волнами попусков, нагромождаясь друг на друга, могут перекрыть отдельные рукава многорукавных русел. Последующие за этим прорывы потока в другие протоки могут привести к существенному их размыву и, как следствие, к увеличению живого сечения и пропускной способности по сравнению с бытовым состоянием. При этом возможно перераспределение потока между рукавами и уход основной части расхода реки во второстепенные рукава. Такие явления особенно важно учитывать в тех случаях, когда они могут нарушить работу водозаборных сооружений и судоходство.

2.2.13. Задержка водохранилищем пика паводка и его снижение могут приводить к увеличению отложений на перекатах зарегулированных рек в местах слияния их с незарегулированными притоками. Происходящее при этом увеличение уклонов свободной поверхности в устьевой части притока приводит к увеличению скоростей притока, размыву его русла и выносу большого количества наносов, которые, осаждаясь в русле основной реки, способствуют росту отметок перекатов, расположенных в месте слияния.

2.3.2. В верхнем бьефе гидроузла, как правило, происходит увеличение глубины и ширины потока, что ведет к снижению скоростей течения и интенсивности турбулентного перемешивания на этом участке реки.

2.3.4. В годовом термическом цикле водохранилищ выделяются 5 периодов:

I период (весеннее нагревание до 4 °С) наступает вслед за вскрытием водохранилища ото льда. Вскоре после вскрытия водохранилища устойчивая стратификация, имевшая место в зимний период, нарушается и возникает свободно-конвективное перемешивание. Толщина слоя воды, охваченного конвекцией, постепенно увеличивается, причем в этом слое практически имеет место гомотермия. Конец I периода совпадает с моментом нагрева воды до температуры 4 °С (температуры наибольшей плотности), при которой свободная конвекция прекращается.

Во II периоде происходит интенсивное прогревание воды от 4 °С и выше. Перенос тепла внутри водной толщи осуществляется за счет турбулентного перемешивания. Так как его интенсивность меньше интенсивности весенней свободной конвекции, то II период характеризуется наличием значительных вертикальных градиентов температуры.

2.3.6. В хвостовой части водохранилищ, как правило, формируются заторы вследствие резкого замедления скорости движения ледяных полей, поступающих с верхних участков реки, торошения и подныривания льдин под остановившуюся ледовую массу в период осеннего и весеннего ледоходов. При снижении уровней воды в водохранилище может происходить осаждение массы затора на дно, а при подъеме уровней - ее всплывание и перемещение по водохранилищу. Подпор от затора может распространяться вверх по реке и вызывать подтопление окружающей местности. Такие заторы на равнинных реках могут приводить к подъемам уровней воды и навалам льда на берега высотою до 3-4 м.

Создание глубоких водохранилищ большой емкости приводит к поступлению в нижний бьеф воды более низкой температуры летом, более высокой зимой, особенно если водозабор ГЭС производится из глубинных слоев. В зимний период средние декадные температуры воды в нижних бьефах большинства ГЭС могут достигать 5 °С; в некоторых случаях они доходят до 8 °С. Следовательно, в зарегулированных условиях температура воды в нижних бьефах ГЭС достаточно высокая, в то время как в естественных условиях, уже к началу льдообразовательных процессов температура воды в речных потоках близка к нулю.

2.3.11. На температуру воды в нижних бьефах ГЭС большое влияние оказывает проточность водохранилища. Чем больше проточность, тем интенсивнее турбулентный теплообмен в водохранилище, тем, при прочих равных условиях, теплее вода, сбрасываемая в летний период, и холоднее в зимний.

2.3.13. Снижение пропускной способности русла при наличии ледяного покрова в нижних бьефах ГЭС вызывает подпор уровня воды, причем на равнинных реках подпор у плотины может сказываться, когда кромка ледяного покрова находится на расстоянии 100 и более километров ниже плотины.

Гидравлические условия зажорных участков характеризуются значениями числа Фруда от 0,06 до 0,12 в зависимости от пористости шуговых масс. Непрерывно подплывающие с верхнего участка нижнего бьефа к кромке ледяного покрова (или к ледяной перемычке) массы шуги подныривают под кромку и закупоривают русло реки, вызывая подпор уровней, снижение уклонов водной поверхности и уменьшение скоростей течения. Иногда зажоры образуются в нижних бьефах в течение всей зимы вследствие интенсивного шугообразования в приплотинной полынье.

2.3.16. Заторы льда в нижних бьефах гидроузлов образуются, главным образом, в зимний период, тогда как в естественных условиях рек ледяные заторы образуются обычно весной во время весеннего снеготаяния и половодья.

2.3.19. Протяженность зоны термического влияния ГЭС в нижнем бьефе определяется расстоянием, на котором режим расходов, уровней, ледовый режим приближаются к естественным условиям, и может измеряться сотнями километров. По наблюдениям, выполненным на большом числе нижних бьефов ГЭС, продолжительность периода ледостава после зарегулирования стока сокращается на 20-60 суток по сравнению с естественными условиями за счет более позднего начала ледостава и более раннего вскрытия.

2.3.21. Зарегулирование существенно влияет на количество тепла, приносимого со стоком реки, т.е. на тепловой сток. Так, тепловой сток Енисея на приустьевом участке после зарегулирования уменьшился вдвое [12]. Снижение теплового стока, изменение расходов рек при зарегулировании, особенно в период весеннего половодья, когда осуществляется заполнение водохранилищ, должно учитываться при оценке воздействия на экологические процессы (воспроизводство рыбных богатств, микроклимат долин рек и т.д.).

Водообмен или степень проточности сказывается на времени запаздывания прохождения менее минерализованной паводочной воды по отношению ко времени наступления фаз гидрохимического и термического режимов. Под действием этого фактора движение с малыми скоростями в пределах водохранилищ ведет к накоплению излишних примесей в единице объема. Чем больше время водообмена в водохранилище, тем больше примесей оно накапливает, тем больше загрязнений сбрасывается с водой в нижний бьеф. Процессы образования и таяния льда являются тем механизмом, который разбавляет воду в период половодья за счет таяния льда до минимальных концентраций в конце паводка и увеличивает ее концентрацию в период ледостава за счет вытеснения примесей в подледный поток в процессе роста льда. Лед является одним из источников поступления чистой воды в водоемы и водотоки, причем объем весеннего снего- и льдотаяния определяет уровень минерализации водоема к весне будущего года. Чем больше сбрасывается в водоем талой воды, тем более глубокая очистка водоема производится.

2.4.2. Факторами, непосредственно не связанными с гидравлическими аспектами работы гидроузла, но часто оказывающими прямое воздействие на гидрохимический режим водотока и водные экосистемы являются:

высокая степень антропогенного воздействия на бассейн в зоне строительства гидротехнических сооружений: механическое перемещение грунта, прокладка дополнительных дорог и увеличение потока автотранспорта, работа строительной техники и оборудование специальных мест для ее стоянки, ремонта, заправки;

увеличение численности населения (обслуживающего персонала) и, как следствие, создание строительных баз и поселков гидростроителей;

образование и размещение отходов, образующихся в результате производственной деятельности и жизнедеятельности человека и пр.

Вторичное загрязнение связано, прежде всего, с аккумуляцией в водохранилище различных загрязнителей, поступающих из окружающей среды, в том числе и с объектов социально-экономической инфраструктуры, развитой на базе ГТС. Опасные загрязнители могут поступать в водохранилища с бытовыми, дорожными, коммунальными, сельскохозяйственными и промышленными стоками, с атмосферными осадками и наносами. Особенно опасны для водных объектов залповые сбросы загрязнителей в результате аварий на хозяйственных объектах. Одним из факторов вторичного загрязнения могут быть сбросы загрязнителей из других водоемов (например, сине-зеленых водорослей из верховых водохранилищ). Существенное влияние на формирование ионного состава и концентрации примесей в верхнем бьефе оказывают глубина сработки уровня и мертвый объем водохранилища. Ведущими при этом являются процессы, происходящие в системе водоем - берег при колебаниях уровня воды (процессы потери и возврата солей), а также процессы разбавления воды за счет притока талых вод при заполнении водохранилища. Выбор объема предпаводочной сработки может служить мерой, регулирующей уровень загрязнения. Однако, при высоких уровнях мертвого объема (УМО), обусловленных конструктивными особенностями сооружений, добиться существенного снижения концентраций примесей в нижнем бьефе в конце паводка невозможно.

2.4.6. Процесс весеннего снего- и ледотаяния закладывает тот уровень минерализации, который сформируется в водоеме к весне будущего года (п.2.4.1). От количества льда и примесей, содержащихся в образовавшейся из него очищенной талой воды, зависит поддержание режима примесей на определенном уровне. Желательно, чтобы соотношение между количеством льда и массой подледной воды соответствовало оптимальным условиям водотока и незначительно менялось при зарегулировании стока.

Обычно при зарегулировании стока происходят изменения морфологии водотока, увеличение глубин, появление протяженных полыней ниже ГЭС, уменьшение толщины льда (п.2.3). Все это ведет к уменьшению коэффициента льдистости при зарегулировании стока: количество льда, приходящееся на 1 м воды, на том участке реки, где располагается водохранилище, в несколько раз (иногда в десятки раз) меньше, чем в естественных условиях. Это может сказаться на гидрохимическом режиме водотока самым неблагоприятным образом.

2.4.7. Регулирование жидкого стока существенным образом отражается на стоке биогенных веществ, который, в свою очередь, зависит от изменения проточности водоемов и их температурного режима. Так, например, максимум трансформации азотистых соединений в воде достигается при температуре, равной 12 °С. При более низкой или более высокой температуре интенсивность самоочищения замедляется. При зарегулировании стока водохранилищами происходит существенное сокращение по сравнению с естественными условиями продолжительности периода с температурами воды, равными 12 °С, а в водохранилищах высоконапорных ГЭС эта температура или не наблюдается вообще, или имеет место в очень малом по толщине слое [15].

Зоны с дефицитом растворенного кислорода в мертвом объеме водохранилища, как правило, не оказывают существенного влияния на их биоту.

Ионный состав воды водохранилищ в большинстве случаев остается таким же, как вода питающих их рек, и подчиняется тем же связям состава с минерализацией, которые характерны для рек. В нижних бьефах, как правило, отмечается незначительное увеличение ионного стока. Однако в случае активного взаимодействия воды водохранилища с минерализованными подземными водами возможно существенное изменение химического состава и минерализации вод водохранилища и нижнего бьефа.

2.4.11. Сбор и обобщение материалов наблюдений за гидрохимическим и гидробиологическим режимами водотока следует проводить на всех стадиях проектирования и строительства гидросооружений. Должны быть организованы наблюдения и разработаны программы многолетних комплексных научных исследований (мониторинга) состояния компонентов водной среды, которые должны продолжаться и при переходе к нормальной эксплуатации сооружений.

3.1.1. Создание гидроузлов с водохранилищами большого объема приводит к изменению термического режима воды по сравнению с естественными условиями как в верхних, так и в нижних бьефах ГЭС, что влечет за собой изменение теплового стока реки (см. п.2.3) и составляющих теплового баланса воды с сушей, а следовательно, и значений метеорологических параметров и условий туманообразования. Изменение местного климата над акваторией водохранилища и прилегающих территорий суши происходит в связи с увеличением суммарной радиации и изменением радиационного баланса водоема, а также с большей теплоемкостью водной массы по сравнению с сушей. За основной фактор, определяющий интенсивность и зону влияния, принимается теплофизический контраст вода - суша.

3.1.2. Изменение местного климата под влиянием водохранилища наиболее заметно проявляется в колебаниях температуры и влажности воздуха, направления и скорости ветра, условий туманообразования.

В регионах расположения гидроузлов, как правило, происходит уменьшение континентальности климата, ход температуры воздуха становится более плавным.

В осенне-зимний период в районе г.Красноярска температура воздуха повысилась на 1-2 °С; средняя температура воздуха декабря-января в прибрежной зоне р.Енисея составила минус 14,3 °С, а на удалении от берегов - минус 19,0 °С. Амплитуда суточного хода температур в прибрежных районах была на 3-4 °С меньше, чем в удаленных частях г.Красноярска.

3.1.3. Температура воздуха под влиянием водохранилища ГЭС, как правило, понижается весной и в первую половину лета (охлаждающее влияние), повышается во вторую половину лета и осенью (отепляющее влияние). Время наступления, продолжительность, интенсивность охлаждающего и отепляющего периодов зависят от географического положения, размеров и глубины водохранилища. Так, на севере период охлаждающего влияния водохранилища длится с начала июня до начала августа, а на водохранилищах, расположенных в лесостепной и степной зонах, продолжается до пяти месяцев (апрель-август). На южных водохранилищах, где ледостава обычно не бывает, период охлаждающего влияния уменьшается до 3-х месяцев (апрель-июнь), в остальное время года они интенсивно нагревают воздушные массы, оказывая отепляющее влияние на прилегающие территории. Изменение суточной (внутри суток) температуры воздуха в зоне побережья шириной до одного километра от уреза воды может достигать 5-8°, средней месячной - 0,3-3,0 °С.

Сдвиг дат перехода средней суточной температуры воздуха через 0,5, 10 °С составляет 3-7 дней. Продолжительность безморозного периода за счет отепляющего влияния увеличивается до 10 дней.

3.1.4. Изменение абсолютной влажности воздуха, как и температуры воздуха, в значительной мере зависит от географического положения водохранилища. Значения абсолютной влажности на наветренном берегу могут быть на 1,4-5,0 мб больше, чем вне зоны влияния.

На севере, в зоне избыточного увлажнения, где из-за сильной заболоченности различия между сушей и водной поверхностью невелики, абсолютная влажность меняется меньше, чем на юге, в зоне недостаточного естественного увлажнения.

3.1.9. В холодное время года (главным образом, в конце осени и зимой) над полыньями нижнего бьефа и их наветренными берегами создаются условия для образования туманов испарения, а на побережье увеличивается вероятность образования гололеда и изморози. К таким условиям относятся:

типичное для антициклональной синоптической ситуации сильное выхолаживание воздуха над сушей или льдом, а затем - перемещение этого воздуха на открытую водную поверхность;

слабые ветры (менее 5-7 м/с);

наличие приземной (на высоте не более 100-200 м) инверсии, т.е. повышение температуры воздуха по мере увеличения высоты;

3.1.10. Влияние ГЭС на метеоэлементы в нижнем бьефе может распространяться в зависимости от рельефа местности и ветрового режима на несколько километров вглубь побережья.

Так, влияние Саяно-Шушенской ГЭС в нижнем бьефе угасает на расстоянии 700-800 м, Вилюйской ГЭС - на расстоянии 2 км от уреза воды.

3.1.11. С созданием водохранилища происходят дополнительные затраты водных ресурсов на испарение, что приводит к некоторой интенсификации влагооборота. Диапазон значений слоя испарения с водной поверхности водохранилищ на территории России достигает 1400 мм (от 300 мм в зоне избыточного естественного увлажнения до 1700 мм в зоне недостаточного естественного увлажнения).

3.2.3. Размеры зоны влияния источников загрязнения атмосфер (ИЗА) производственных баз существенно зависят от высоты источников, мощности выброса, температуры и скорости выбрасываемых газов, метеорологических условий района. Основное влияние на формирование уровней загрязнения прилегающей к производственной базе территории оказывают низкие неорганизованные выбросы.

Зоны влияния ИЗА производственных баз по различным выбрасываемым ингредиентам могут составлять от десятков метров до 2 км.

3.2.5. В период строительства гидроузлов выполняется большой объем земляных работ, при этом для выемки скальных грунтов используются взрывные работы. Зона распространения высоких концентраций примесей может распространяться от точки проведения взрыва на расстояние до 1000 м.

3.3.2. Подтопление и заболачивание береговой зоны может иметь следующие последствия:

ухудшение свойств грунтов прилегающей территории с развитием склоновых процессов (оползни, обвалы, осыпи, сплывы и др.), карста, растворения и выщелачивания карбонатных и галогенных пород;

формирование просадок в лессах;

изменение режима и химического состава подземных вод;

изменение термовлажностного режима грунтов на обширных территориях, что особенно важно в области распространения многолетнемерзлых пород, где возможна активизация склоновых процессов, термокарста и криогенного пучения;

3.3.4. Активизация обвально-оползневых явлений может происходить в результате следующих процессов:

подмыв берегов, развитие суффозионных процессов в основаниях склонов;

снижение прочности пород при их увлажнении или растворении цементирующих веществ;

развитие взвешивающего давления в нижней части оползнеопасного склона или стабилизировавшегося до заполнения водохранилища оползня;

рост порового давления в массиве пород при их обводнении в результате подъема уровня подземных вод;

фильтрационно-суффозионные процессы в береговых массивах;

размыв нижней прибереговой части склона или оползневого тела с уменьшением их устойчивости.

Толчком для формирования обвально-оползневых явлений может послужить увлажнение пород в результате повышения влажности воздуха в береговой зоне водохранилища при выпадении атмосферных осадков, а также при осаждении водяной пыли, образующейся при работе водосливов.

3.3.5. При сработках водохранилищ (особенно быстрых) в крупнообломочных породах может возникать суффозия, что ведет к уменьшению устойчивости склонов и откосов, интенсификации фильтрационных процессов.

3.3.7. В области распространения многолетнемерзлых пород по указанным выше причинам (п.3.3.4) активизируются или возникают обвально-оползневые явления, смещения курумов, солифлюкция, термокарст, криогенное пучение, наледеобразование, морозобойное растрескивание, термоэрозия. В связи с изменением термовлажностного режима территории развиваются тепловые осадки как построенных сооружений, так и незастроенных участков местности.

3.3.8. Эксплуатация водохранилищ неизбежно ведет к переформированию берегов. Степень и масштабы такой переработки зависят от интенсивности волнового воздействия, морфологии берегового склона и свойств слагающих его пород. Зона переформирования возрастает по мере увеличения крутизны склона и перехода от скальных к нескальным и неустойчивым к воздействию воды и температуры породам. Прогнозирование переформирования может выполняться в соответствии с Методическими рекомендациями П 30-75/ ВНИИГ.

Под влиянием водохранилища меняются уровни подземных вод, напоры водоносных горизонтов, гидравлические уклоны и дебиты, местоположение и дебиты источников. Причинами изменения химического состава подземных вод могут явиться:

растворение и выщелачивание карбонатных, сульфатных и галогенных пород;

растворение и выщелачивание химических веществ, в том числе вредных, в частности радиоактивных;

отжатие из глубинных подземных вод сильноминерализованных, радиоактивных и термических вод;

растворение торфяников.

3.3.11. Существует мнение, что при высоте плотин более 100 м, объемах водохранилища свыше 100 млн. м и при концентрации значительной массы воды в узких речных долинах может происходить перераспределение напряжений в земной коре, вызывающее "наведенные" землетрясения, по интенсивности не превышающие расчетные, но характеризующиеся большей повторяемостью. Эта проблема не может считаться выясненной и для ее окончательного решения требует специальных наблюдений и исследований.

3.3.15. Прогнозирование многолетнего протаивания грунтов в ложе и бортах водохранилищ в криолитозоне выполняется на основе моделирования и решения задач тепломассопереноса в системе водохранилище - грунтовый массив, в которой грунтовый массив представлен частью или полностью многолетнемерзлыми грунтами с различной льдистостью и водопроницаемостью при оттаивании [24].

Сооружение гидроузлов приводит к нарушению гомеостаза экосистемы. В верхнем бьефе река, как экосистема, уничтожается полностью, а на ее месте образуется водохранилище - новая природно-техническая система, еще не ставшая экосистемой и, соответственно, не имеющая свойств самовоспроизводства и гомеостаза. В нижнем бьефе номинально сохранившаяся речная экосистема претерпевает изменения, вызванные зарегулированием стока, в результате чего нарушается гомеостаз системы, что может привести к ее деградации.

Наиболее продуктивной частью речной экосистемы является пойма как с точки зрения образования "первопищи" для водных, околоводных и наземных сообществ, так и с позиций получения хозяйственно ценной продукции (рыб, пушной и пернатой дичи, сена). Пойма имеет важное значение, особенно возле крупных городов, при рекреационном использовании экосистемы реки в целом. Затопление поймы во время весенне-летне-осенних половодий и паводков является основой биотического круговорота экосистемы реки в естественных условиях. При этом происходит удобрение поймы - обогащение ее основными биогенными элементами (Р, Na, К), микроэлементами, взвешенным органическим веществом. Малая толщина водного слоя обеспечивает быструю прогреваемость воды и способствует интенсификации процесса обмена веществ всех организмов, поскольку интенсивность этого процесса связана с температурой. Пойменные озера и временные водоемы являются местом нереста и поднаращивания личинок весенненерестующих рыб. В заливаемой пойме урожай трав на порядок и более выше, чем в соседних зонах. То же самое относится к образованию кормов для животных разных биологических видов от простейших до млекопитающих, в том числе и промысловых.

При зарегулировании рек на пойму нижнего бьефа поступает осветленная вода, обедненная илистыми частицами и микроорганизмами, которые частично задерживаются в водохранилище. Результатом этого может явиться снижение биологической продуктивности поймы.

2. Поступление дополнительного количества биогенных элементов в минеральной форме. Это явление имеет место при глубинных водозабоpax, когда вода забирается из гиполимниона стратифицированного водохранилища, где концентрация биогенов на порядок выше, чем у поверхности (в эпилимнионе) [30]. При наличии в русле твердых грунтов (скала, камень, крупная галька) ниже водопропускных сооружений образуются водорослевые маты из нитчатых водорослей, которые, отрастая, обрываются, загрязняя нижележащие участки реки.

3. Снижение годового стока и его перераспределение. Снижение стока происходит на любом гидроузле, главным образом, за счет испарения и фильтрации, особенно значительных в регионах с поливным земледелием. Межсезонное перераспределение стока приводит к противоречию требований максимальной выработки энергии и сезонной ритмики биотических процессов в экосистеме.

Создание водохранилищ, каналов и т.п. коренным образом изменяет местный ландшафт. Это может отрицательно повлиять на привычный образ жизни и рефлексы животных: сезонные пути их миграции, изменение мест водопоя, условия их зимования, поисков пищи и т.п. В совокупности с изменениями климата изменения ландшафта могут привести к ухудшению условий гнездования птиц, повлиять на пути перелетных птиц. Зимние затопления пониженных территорий (обычно в дельтах зарегулированных рек) неблагоприятно сказываются на местах обитания мелких животных.

При оценке воздействия гидротехнического строительства на животный мир должны учитываться следующие основные тенденции:

1. Снижение биологического разнообразия. Речные долины (пойма) являются зоной повышенного биотопического и видового разнообразия. Создание водохранилища может вызвать исчезновение уникальных экосистем и отдельных видов в зоне влияния водохранилища.

Высока вероятность деградации и потери целого ряда популяций животных, находящихся на пределе распространения. Снижение биоразнообразия может происходить не только за счет исчезновения редких видов, но и за счет исчезновения некоторых фоновых видов.

2. Снижение биологической продуктивности на склонах побережий водохранилища. Появление водохранилища во многих случаях приводит к разобщению кормовых и защитных станций. Этот фактор, наряду с затоплением долинных мест обитаний, усилением браконьерства и охоты на хищников, а также увеличением частоты гибели животных от травм, может явиться одной из основных причин снижения численности животных на склонах побережий водохранилища.

Частичное восстановление биопродуктивности возможно только при условии проведения определенного комплекса природоохранных мероприятий.

3. Вынужденные концентрации млекопитающих в районах выклинивания подпора водохранилища на реке и ее притоках. Потребность в восполнении утраченных и нарушенных природных комплексов, имевших в своем составе долину относительно крупной реки, животные будут пытаться восполнить за счет сохранившихся долин и каньонов. На притоках будет отмечаться тенденция к формированию зон повышенной численности и миграционной активности большинства видов млекопитающих.

Процессы, происходящие на прибрежной зоне водохранилища (подтопление, переработка берегов, изменение микроклимата), их масштабность и разнонаправленность будут влиять на изменение характеристики биологического разнообразия - численность и качество экологически консервативных представителей биоты, особенно на популяции редких и исчезающих видов растений, которые острее других компонентов биоты реагируют на природные и антропогенные воздействия. Так в результате подтопления и изменения микроклимата растительный покров меняется в сторону мезофитизации и гигрофитизации. В целом создание водохранилищ может оказать впоследствии негативное влияние на генофонд, особенно редких видов растений, которые окажутся в зоне его воздействия. Однако имеются примеры и положительного влияния изменения климата на прирост лесов в различных природных зонах.

Вследствие снижения паводковых расходов происходит осуходоливание (обезвоживание) пойменных земель. Одновременно с этим за счет снижения продолжительности затопления улучшается режим увлажнения земель, расположенных ниже зоны осуходоливания, происходит снижение частоты и продолжительности затопления поймы, что приводит к трансформации поемности лугов (в сторону увеличения суходольных краткопоемных) более низкого кормового качества.

4.3.4. Зимние затопления поймы и образование на ней наледей с вероятностью повторения более 25% ведут к деградации растительного покрова в болотный (гигрофиты) тип с низкой хозяйственной и биологической ценностью.

5.1.3. Для охраны природных ресурсов при строительстве проектные решения должны обеспечивать:

….

рациональное использование земель при складировании строительных отходов, образовании свалок;

5.2.3. К зоне временного затопления относятся земельные площади, которые подвергаются паводковому воздействию после создания подпора, когда уровни паводков вероятностью превышения 5% для сельскохозяйственных земель превышают бытовые более, чем на 0,5 м. Обычно это имеет место в хвостовой части водохранилища. Временно затапливаемые сельскохозяйственные земли не изымаются, но, в случае снижения их качества (вследствие увеличения длительности половодья и паводковых затоплений) по сравнению с бытовыми, они могут быть трансформированы в другие виды сельскохозяйственных угодий.

5.2.4. На подтопленных территориях повышение уровня грунтовых вод создает угнетающее влияние на произрастание естественных и сельскохозяйственных культур и ведет к снижению продуктивности и их кормовой ценности. Из сельскохозяйственного пользования такие земли, в основном, не изымаются, а трансформируются в другие угодья с культурами менее требовательными к высокому уровню грунтовой воды (гигрофиты). Изъятие земель из сельскохозяйственного использования происходит при подтоплении земель выше критических показателей.

В результате растворения подпорными водами солевых отложений или подпором минерализованных грунтовых вод возможно засоление земель. Травостой на таких землях деградирует, развиваются галофиты (солянка, солеросы), не имеющие хозяйственной ценности.

5.2.5. В зоне переформирования берегов водохранилища в зависимости от местных условий происходит аккумуляция, размыв или образование относительно устойчивых форм берега. При проектировании водохранилища определяется зона формирования берега за десятилетний период после его наполнения. В пределах прогнозируемого переформирования берегов земли изымаются и теряются безвозвратно.

Положительным, как правило, является затопление земель в период весеннего половодья, отрицательным - в летне-осенний период (период созревания и уборки урожая).

5.2.7. Влияние весеннего паводкового затопления происходит как через собственно обводнение земель, так и через обогащение почвы наилком. Поступление в нижний бьеф гидроузла осветленной (без плодородного наилка) воды снижает в среднем на 15% продуктивность лугов, расположенных в пределах уровней паводка повторяемостью 25%.

5.2.8. Сдвижка сроков затопления земель на летний период в условиях регулирования стока может привести к гибели посевов сельскохозяйственных культур и сформировавшегося естественного травостоя.

Временные затопления могут создаваться в нижнем бьефе гидроузла в результате повышения уровней возросших меженных расходов за счет суточного или недельного регулирования стока. При частом повторении таких затоплений происходит заболачивание земель, снижение кормовой ценности лугов и их продуктивности.

5.4.3. Гидравлический режим зарегулированных судоходных рек должен обеспечивать:

соблюдение минимальных судоходных попусков, обеспечивающих гарантированные (нормированные) глубины; особенно это важно в меженный период в нижних бьефах гидроэлектростанций, осуществляющих суточное регулирование мощности;

соблюдение требований скоростного и уровенного режима при интенсивном суточном регулировании: скорости перемещения волн попуска и их крутизна не должны создавать аварийных ситуаций, особенно для маломерных судов.

5.4.4. Вследствие русловых переформирований в бьефах гидроузлов возможны изменения условий судоходства на трассе судового хода. В верхних бьефах это особенно ощутимо в зоне выклинивания подпора водохранилища, где в результате регрессивной аккумуляции наносов может происходить образование переката или дельты с глубинами недостаточными для прохождения судов (см. п.2.2.6). Обеспечение судоходства здесь возможно путем проведения дноуглубительных работ.

В нижних бьефах прохождение волн отложения наносов на перекатах в процессе переформирования русла при прохождении высоких паводков также приводит к необходимости проведения дноуглубительных работ для поддержания необходимых по условиям судоходства габаритов судового хода. Как показывает опыт, наибольшие объемы дноуглубительных работ в нижних бьефах оказываются необходимыми в первые годы эксплуатации гидроузла. По мере эксплуатации и трансформации русла (см. п.2.2.5) зона интенсивной заносимости перекатов постепенно смещается вниз по течению, оставляя на участке, примыкающем к гидроузлу, русловые формы, характеризуемые значительной устойчивостью по сравнению с бытовым состоянием реки. При изучении проблем заносимости перекатов в нижнем бьефе гидроузлов особое внимание следует обращать на участок сопряжения низового подходного канала шлюза с руслом реки, где, как показывает опыт, в первые годы эксплуатации гидроузла (до 10-15 лет на равнинных реках, дно которых сложено мелким песком) требуется выполнение больших объемов дноуглубительных работ для поддержания гарантированных габаритов судового хода в период навигации.

5.4.5. Понижение уровней воды в нижнем бьефе гидроузла, происходящее вследствие преобладания общего размыва в ходе трансформации русла, следует учитывать при назначении отметки порога (короля) нижней головы шлюза. Отсутствие научно обоснованного прогноза понижения уровня может явиться причиной того, что со временем глубина воды на пороге окажется недостаточной для прохождения судов и для поддержания судоходства потребуется увеличение расхода минимального попуска, обеспечивающего условия судоходства. В итоге это ведет к необходимости пересмотра правил использования водных ресурсов и значительным потерям в выработке электроэнергии, особенно в периоды пиковой нагрузки.

5.4.6. Эксплуатация речного флота в бьефах гидроузлов требует постоянного мониторинга состояния трассы судового хода, корректирования ее по мере необходимости, организации судоходных прорезей на лимитирующих перекатах, особенно в первые годы эксплуатации гидроузлов.

5.5.1. Основные факторы, которые могут оказывать влияние на работу сооружений промышленного и коммунального водоснабжения, расположенных в бьефах гидроузлов, сводятся, главным образом, к изменениям руслового, ледового и гидравлического режимов. Для водозаборных сооружений, кроме того, существенное влияние может оказывать гидрохимический режим водотока в тех случаях, когда минерализация и химический состав вод претерпевают изменения (п.2.4), которые приводят к необходимости дополнительной очистки воды с целью снижения концентрации содержащихся в ней компонент до уровня, не превышающего ПДК.

5.5.2. В верхних бьефах гидроузлов может оказаться необходимым перенос водозаборных сооружений, расположенных в зоне затопления. Конструктивное оформление водозаборов, размещенных в зоне колебания уровня водохранилища, должно обеспечивать бесперебойность их работы во всем диапазоне изменения уровней воды.

На водозаборных и водовыпускных сооружениях, расположенных в ухвостье водохранилища, где вследствие регрессивной аккумуляции наносов возможно повышение дна водотоков (п.2.2.6), может возникнуть необходимость реконструкции или проведения мероприятий, защищающих эти сооружения от заносимости.

Следует особое внимание обращать на сооружения систем водоснабжения на водохранилищах, являющихся нижними бьефами выше расположенных гидроузлов. При определенных сочетаниях работы водопропускных сооружений гидроузла, образующего водохранилище, и суточном регулировании мощности ГЭС выше расположенной ступени каскада в некоторых местах водной акватории могут возникать обратные течения, при которых возникает опасность поступления в водозабор вредных (неочищенных) сбросов водовыпусков промышленных предприятий. В таких случаях необходимо вводить ограничения на режимы регулирования мощности верхней ступени каскада.

5.6.1. Зарегулирование стока и создание водохранилищ оказывают существенное влияние на условия использования водотока для целей рекреации - организованного или самостоятельного ("дикого") отдыха людей в местах, характеризуемых наиболее благоприятными природными условиями. Появление водохранилищ приводит, с одной стороны, к затоплению привычных мест отдыха людей, с другой стороны, создает условия, способствующие развитию водных видов спорта, строительству и эксплуатации лечебно-оздоровительных предприятий - турбаз, санаториев, пансионатов, домов отдыха, спортивных лагерей.

Функционирование этих предприятий и условия отдыха в них в значительной мере зависят от колебания уровней воды и течений в водохранилище, обусловленных особенностями эксплуатации гидроузла, гидротермического режима и микроклимата региона, формирующегося в зоне влияния водохранилища, заболоченности прибрежных территорий, абразии береговых склонов, зарастания мелководий и "цветения" воды. Особую опасность для отдыхающих, занимающихся водными видами спорта, представляют периоды сильного волнения, а также периоды работы водосбросных сооружений гидроузла, когда на акватории, примыкающей к водосбросам, возникают сильные течения.

5.6.2. В нижних бьефах гидроузлов изменение условий использования водотока для рекреационных целей происходит под преобладающим влиянием следующих факторов:

прохождения волн попусков при регулировании мощности гидроэлектростанции или в процессе опорожнения камер шлюзов;

понижения температуры воды в летний период и наличие полыньи в зимний период на участке, примыкающем к гидроузлу.

Эти факторы могут оказывать неблагоприятное воздействие на условия использования водотока при отдыхе на пляжах, купании, рыболовстве, занятиях водными видами спорта и охотой.

Положительное влияние на условия отдыха в нижнем бьефе оказывает увеличение меженных уровней воды в реке и снижение уровней и частоты затоплений территорий в паводки.

5.6.3. Использование водохранилищ и нижних бьефов для целей рекреации сопровождается возрастанием степени непосредственного влияния на природные комплексы отдыхающих людей, их транспортных средств, строительства лечебно-оздоровительных предприятий, объектов инфраструктуры и других сооружений.

6.1. Строительство подпорных гидротехнических сооружений, приводящее к затоплению и подтоплению значительных территорий, изменению гидрологического, руслового и термического режимов водотока, а также климатических условий региона приводит к образованию в зоне влияния гидроузла нового природно-технического комплекса, что оказывает существенное влияние на социальную сферу [1, 35]. Население территорий, попавших в зону затопления, вынуждено покидать привычные места проживания. Жители прилегающих территорий должны приспосабливаться к изменяющимся условиям, что иногда приводит к необходимости изменения профессиональной ориентации (например, охотников, рыболовов).

6.3. Помимо положительных социальных эффектов при создании гидротехнических сооружений, строительство и эксплуатация крупных гидроузлов является причиной отрицательно воспринимаемых населением возможных последствий, к числу которых относятся:

переселение людей из зон отчуждения, затопления, подтопления, переформирования берегов и т.д., порождаемое гидротехническим строительством и развитием хозяйственной инфраструктуры на базе гидротехнических объектов, которое приводит к разрушению существующих, как правило, устойчивых до вмешательства социумов;

изменения в традиционном укладе жизни и вынужденная миграция коренного населения из зоны влияния гидроузлов из-за необратимого изменения природных, социально-экономических, культурных, санитарно-биологических и других условий жизни, что может привести к дестабилизации естественных социумов и этнографических образований в регионе;

переселение в зону влияния ГТС жителей из других районов, социально-экономическому развитию которых не уделяется должное внимание; нарушение устойчивого развития новых социумов вследствие затягивания сроков строительства ГТС по различным экономическим (нехватка финансов и материальных средств) и социальным (недостаток трудовых ресурсов) причинам; в этом случае социальный фактор может существенно ухудшаться и в связи с недостаточностью или отсутствием средств, необходимых для удовлетворения природоохранных и социальных нужд;

деградация социально-демографических структур, развитых на базе приезжего населения и коренного населения, вырванного из традиционного уклада жизни, по причине увеличения безработицы и другим причинам по мере завершения строительных работ на гидроузле;

эвакуация людей на случай аварий и чрезвычайных ситуаций на гидроузле;

нарушение социальной стабильности вследствие необъективной, неполной или необоснованной информации о степени надежности и безопасности проектируемых, строящихся или эксплуатируемых ГТС.

6.4. Существенное влияние на социально-демографическую ситуацию может оказать приезд на место строительства гидроузлов большого количества не коренного населения с отличными от местных жителей образом жизни и потребностями.

В период эксплуатации построенных сооружений возникшая за время строительства инфраструктура (наличие эксплуатационного персонала, набранного, как правило, из числа не коренного населения и отличающегося от него более высоким уровнем профессиональной подготовки) может явиться причиной социальных конфликтов.

Особенно тяжелые социальные последствия несет нарушение стабильности специфических этнических образований и среды обитания малых народов. Кроме проблемы занятости, характерными проблемами являются также ухудшение здоровья представителей малых народов и, как следствие, увеличение смертности и снижение рождаемости, рост иждивенческих настроений.

6.5. Изменения климатических условий в районе расположения гидроузла (п.3.1), состава атмосферного воздуха (п.3.2) и качества воды в верхнем и нижнем бьефах (п.2.4) могут отразиться на состоянии здоровья населения. При прогнозировании возможных медико-биологических последствий этих изменений следует руководствоваться рекомендациями [32].

санитарно-технические попуски призваны обеспечить разбавление сточных вод до норм ПДК - предельно допустимых концентраций.

Перечень характерных неблагоприятных воздействий гидротехнического

строительства на окружающую среду

Отрицательные воздействия	Противоречивые воздействия
Изъятие и ликвидация земельных ресурсов, сельскохозяйственных угодий и пастбищ, залежей полезных ископаемых, природных заповедников, парков, рекреационных зон и т.п.	Переселение людей и перенос социально-экономических объектов, создание новых поселений
	Перенос животноводческих ферм и птицефабрик
Накопление древесины в зоне затопления	Консервация скотомогильников
Механическое загрязнение окружающей среды при строительстве	Консервация или перенос кладбищ и захоронений
Химическое загрязнение при строительстве	Перенос или консервация накопителей промышленных и бытовых отходов
Акустическое загрязнение при строительстве	Перенос археологических и культурно-исторических памятников
Нарушение естественных социумов и этносов	Ликвидация или перенос промышленных предприятий
Привлечение на строительство спецпереселенцев и осужденных	Ликвидация лесных массивов
Ведение массовых взрывных, высотных и горнопроходческих работ	Ликвидация торфяников
Вибрационные воздействия	Переориентация коренного населения на другие виды профессиональной деятельности
Длительные сроки строительства	Широкое использование строительной техники и ручного электромеханического инструмента
Затопление и подтопление территорий, земельных угодий, лесов, болот, торфяников; обводнение горных пород	Пиковые строительные воздействия
Неблагоприятное изменение природного ландшафта	Колебания уровней воды в водохранилище и в нижнем бьефе, вызываемые режимами регулирования стока воды
Переработка берегов водохранилища	Изменение режима стока воды и наносов в реке
Переполнение водохранилища	Снижение расходов воды на пиках паводков и половодий в нижнем бьефе
Активизация оползневых и обвальных процессов на береговых склонах	Увеличение меженных расходов воды в нижнем бьефе
Тектонические изменения и наведенная сейсмичность	Трансформация русла реки в нижнем бьефе
Аккумуляция тепловой энергии водохранилищем	Чрезмерные затраты на ремонты и компенсационные мероприятия
Механическое загрязнение, накопление плавающих тел и заиление водохранилища	Развитие на базе ГЭС энергоемких видов промышленности
Аккумуляция в водохранилище ядохимикатов, химических и радиоактивных загрязнений	Расширение экстенсивного аграрного производства
Биологическое и бактериальное загрязнение водохранилища	Неуправляемые рекреационные воздействия
Естественное органическое загрязнение водохранилища
Разрыв связей между экосистемами верхнего и нижнего бьефов
Воздействие волны прорыва при разрушении подпорных сооружений
Колебания уровней и расходов воды в нижнем бьефе при регулировании мощности ГЭС
Отказы оборудования и аварии, пожары и другие угрозы эксплуатационному персоналу

Для развития рекреации, в первую очередь создания условий для купания, туризма, любительского рыболовства, необходимо обеспечить высокое качество воды в водохранилищах. В то же время следует учитывать, что сама рекреация может стать серьезным источником загрязнения водоемов, особенно в районах крупных городских агломераций. Неблагоприятное влияние на состояние водных объектов могут оказывать массовый отдых на пляжах, купание, использование маломерного флота, теплоходные экскурсии. Значительную негативную роль может сыграть и обслуживающая отдыхающих инфраструктура.