Реферат Характеристика социально-экологической ситуации в Нижегородской области, Республике Марий-Эл и Р
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Характеристика социально-экологической ситуации в Нижегородской области,
Республике Марий-Эл и Республики Чувашии
в отношении поднятия уровня вод
Поднятие уровня Чебоксарского водохранилища до проектного НПУ
Общие сведения о Чебоксарском водохранилище
Чебоксарское водохранилище образовано в
Водохранилище расположено на территории трех субъектов РФ, в зону его влияния попадают земли 14 административных районов, в том числе 6 – в Нижегородской области, 3 – в республике Марий-Эл, 4 – в Чувашии.
В зоне водохранилища расположены 6 городов и 119 населенных пунктов. Считается, что города Нижний Новгород, Бор, Кстово в зону влияния водохранилища при существующей отметке НПУ
Проведенные к настоящему времени многочисленные экспертизы показали, что при любом подъеме уровня водохранилища выше нынешней отметки
В случае подъема уровня Чебоксарского водохранилища до отметки
Подъем уровня воды до
Затопление и подтопление земель
При наполнении Чебоксарского водохранилища до отметки
- сельхозугодья – 29,1 тыс. га;
- леса - 55,9 тыс. га;
- пашня – 2, 1 тыс. га.
В том числе затопление затронет 11 сельскохозяйственных районов и Нижний Новгород. В общую площадь затапливаемых земельных угодий не вошли территории Фокинской, Курмышской и других низин (пойм). Предполагаемые дамбы и насосные системы, как показала практика, не спасут луга при отметке
Общая площадь подтопленных территорий (включая селитебные территории населенных пунктов) составит 350 тыс. га. Произойдет подтопление огромных густонаселенных и хозяйственных территорий, в первую очередь, такого мегаполиса, как Нижний Новгород и прилегающих промышленных центров, а также земель Воротынского и Лысковского районов.
При отметке
Нижегородская область потеряет около 23 тыс. гектаров сельскохозяйственных угодий – пашня, сенокосы, пастбища. Только по одному Борскому району эти потери составят около 2,5 тыс. га. Окажутся подтопленными знаменитые Борские луга. Следует также отметить, что при заполнении Чебоксарского водохранилища до проектной отметки значительно усилится подтопление низинных районов г. Нижнего Новгорода. Произойдет повышение грунтовых вод, что особенно негативно отразится на левобережной пойме. Наполнение водохранилища до проектной отметки связано с подъемом уровня рек Волги и Оки в г. Нижнем Новгороде более, чем на
Повышение уровня рек, их колебание в результате сработки водохранилищ приведет к размыву берегов, а также к затоплению и подтоплению значительных территорий в Заречной части Нижнего Новгорода. Будут подтапливаться и разрушаться подвалы здания, каналы теплотрассы, канализационные сети.
В Марий-эл будут затоплены более 83 тыс. га земли. Республика потеряет третью часть своей территории.
Воздействие на растительный и животный мир
С наполнением водохранилища исчезнут огромные площади лесов и среди них так называемые, остепненные боры, распространенные по левому берегу Волги, по рекам Керженец и Ветлуга. Исчезнут вековые пойменные дубравы, ивняки, осокорники.
С затоплением и подтоплением лугов, лесов, озер погибнут многие ценные растения: лекарственные, пищевые, кормовые, декоративные, в том числе редкие и реликтовые виды, занесенные в Красную книгу (молодило побегоносный, водяной орех, сальвиния плавающая, наяда малая, ковыль узколистный).
Влияние водохранилища скажется на окружающих лесах, расположенных в низменной части, на расстоянии десятков километров от берега, где повысится уровень грунтовых вод, что приведет к следующим отрицательным последствиям:
- заболачивание лесных земель, в первую очередь, вырубок, прогалин, сенокосов и др.;
- значительная часть территории с влажными травяными типами перейдет в травяно-болотные, а черничные – в долгомошниковые;
- от вымокания погибнут лесные культуры, и сенокосы перейдут в низинные болота;
- в пониженных местах грунтовые воды будут выходить на поверхность и держаться в течение вегетационного периода, создавая дополнительное заболачивание и усыхание леса, а в повышенных - приблизятся к корневой поверхности и создадут неудовлетворительные условия для роста - деревья будут болеть и усыхать.
С затоплением природных растительных сообществ будут разрушены места обитания многих видов животных. Зоологи указывают, что это приведет к гибели пойменного тетерева и пойменной выхухоли, обитающих в пойме Волги нашей области. Выхухоль – животное, занесенное в Красную книгу Нижегородской области, Международного союза охраны природы.
В Марий-Эл планируемое затопление лесов на площади 31 тыс. га приведет к потере продуцирующей лесной земли, потеряется древесный запас - будет уничтожена половина всей площади лесов.
Существенное расширение акватории Чебоксарского водохранилища, помимо заболачивания, вызовет и значительное опустынивание суходолов, предпосылки к которому наблюдаются уже на песках Нижегородского Заволжья и Марийской низины.
Сосредоточение огромных масс воды в условиях обширной равнины вызовет появление сильных ветров, характерных для морских побережий. При этом будут разрушаться обезлесенные песчаные берега и большие массы песка, переносимые на десятки километров, будут засыпать любую растительность. В таких условиях крайне затруднено естественное и искусственное лесовосстановление.
Безлесье местности приведет к прогрессированию ветровой эрозии легких почв, а процесс распада ландшафтов будет идти как цепная реакция.
Рыбные ресурсы
Затопление значительного количества пойменных участков реки Волга и ослабление ее течения повлечет перестройку местной ихтиофауны. Вызвав вспышку численности таких видов рыб, как щука, лещ, плотва в первые 3-4 года, значительное обводнение поймы в конце концов приведет к ухудшению естественного воспроизводства рыбных запасов из-за массовой гибели нерестового субстрата. Подъем уровня воды до проектной отметки приведет к уничтожению оставшихся естественных нерестилищ и мест нагула молоди.
Замедление течения резко ухудшит условия воспроизводства и обитания наиболее ценного вида ихтиофауны водоема - стерляди, которая в настоящее время имеет еще достаточно высокую численность в верхнем речном участке водохранилища и в реке Оке.
В дальнейшем это вид вообще может исчезнуть из водоема, как это произошло в Нижегородском водохранилище.
Снижение водообмена в водохранилище приведет к ухудшению и без того неблагоприятного гидрохимического и санитарного состояния водоема, особенно на участках, прилегающих к таким крупным промышленным центрам как Нижний Новгород, Дзержинск, Кстово, Балахна, Правдинск. Только прямое воздействие на рыбные запасы выразится в гибели рыб от отравлений и возникновению заморов в зимний период. В водоеме с застойными явлениями, в который превратится Чебоксарское водохранилище, обязательно произойдет вспышка лигулеза среди карповых рыб.
Заморные явления усилятся из-за ухудшения качества воды, как в зимнее время, так и в летнее в районах интенсивного "цветения" воды в водохранилище.
Малые реки
Подпор воды распространится по Оке на
С одной стороны, создание водохранилища способствует повышению грунтовых вод, а значит и водности малых рек. Но в то же время подпор приводит к усилению процессов береговой эрозии, разрушению устьевых участков рек, затоплению речных пойм.
В зоне подпора река перестает быть рекой и превращается по всем гидрологическим и гидробиологическим показателям в мелководный залив водохранилища. Хрупкие экосистемы малых рек в зоне подпора полностью разрушаются.
Воздействие на качество вод
Чебоксарское водохранилище в большей мере, чем остальные волжские водохранилища, будет подвергаться интенсивному антропогенному воздействию. На его берегах располагается много крупных городов и населенных пунктов, в том числе крупнейший Нижегородский промышленный узел. В речных условиях сточные воды уносятся течением, постепенно разбавляются и очищаются. С зарегулированием Чебоксарского водохранилища до проектной отметки произойдет повышение уровня, подпор распространится до плотины Нижегородской ГЭС. Это будет единственное водохранилище на Волге, в котором полностью будет отсутствовать речной участок (обычно - верхний участок водохранилища, на котором сохраняется высокая проточность и речной гидрохимический и гидробиологический режим).
В этих условиях в районе Нижегородского промышленного узла скорости течения могут снизиться до 0,3 м/сек (и ниже). Любая ветреная погода может вызвать образование ветровых противотечений. В результате сточные воды, сброшенные в водоем, могут оказаться в районе питьевых водозаборов.
На качество воды будет влиять усиленное разрушение берегов, заиление ложа водоема. В илистых грунтах накапливается гораздо больше различных загрязняющих веществ, в т. ч. токсичных, чем в песчаных речных гpyнтах. При любом взмучивании они будут источником дополнительного вторичного загрязнения воды.
С наполнением Чебоксарского водохранилища до 68-м сильно возрастет площадь мелководий, на которых высокая прогреваемость воды и значительное содержание органики будут способствовать массовому развитию сине-зеленых и других групп водорослей. Это приведет к "цветению" водоема в летнее время, что крайне неблагоприятно отражается на качестве воды. "Цветение" уже имеет место на волжских водохранилищах (в частности на Нижегородском) и его пагубные последствия хорошо известны.
Значительные площади мелководья несут в себе опасность в плане нарушений газового режима. Водохранилище при отметке 68 останется мелководным и быстро заиливающимся.
Снижение процесса самоочищения воды в водохранилище объясняется тем, что оно находится на самой загрязненной сточными водами участке Волги: поступающая в водохранилище вода на 32 % состоит из сточных вод.
Переработка берегов
Повышение уровня водохранилища значительно усилит абразию берегов, вызовет всплывание торфяников, расширит мелководную зону.
Санитарно-эпидемиологическая обстановка
Снижение водообмена в водохранилище приведет к ухудшению и без того неблагоприятного гидрохимического и санитарного состояния водоема, особенно на участках, прилегающих к таким крупным промышленным центрам как Нижний Новгород, Дзержинск, Кстово, Балахна.
В населенных пунктах, находящихся в условиях подтопления, повысится заболеваемость населения желудочно-кишечными инфекциями, острыми респираторными заболеваниями, ангиной, ревматизмом, рахитом.
Памятники истории и культуры
Заполнение водохранилища до
Прежде всего, подвергается угрозе уникальный ансамбль Макарьевского-Желтоводского монастыря, который начал разрушаться уже при теперешнем уровне водохранилища. Подъем уровня воды приведет к постепенному разрушению всех строений этого уникального памятника.
Подъем грунтовых вод в Заречной части Нижнего Новгорода может поставить под угрозу целую группу уникальных памятников архитектуры, среди них соборы: Спасский (он же Староярмарочный), Александра Невского на Стрелке, Спасо-Преображенский в Сормове, Смоленская церковь в Гордеевке, Главный Ярмарочный дом и ряд других памятников истории и культуры
Социальная напряженность
В результате подъема уровня воды до
Конфликты вокруг Чебоксарского водохранилища продолжаются до сих пор во всех сферах – экономической, социальной и экологической. Причины:
- экологическая ситуация продолжает ухудшаться, особенно беспокоит загрязнение вод и придонных слоев водохранилища, при этом водоснабжение населенных пунктов в бассейне Волги осуществляется из поверхностных источников;
- местное население резко отрицательно относится к перспективе подъема уровня воды на 68 отметку.
При подъеме воды до
Нижегородская епархия резко отрицательно относится к заполнению Чебоксарского водохранилища до отметки
Подъем уровня воды всегда вызывал резкое возражение властей Нижегородской области и Марийской республики, так как все отрицательные последствия водохранилища сказываются именно на их территориях.
Вся тяжесть последствий подъема воды ляжет на плечи Нижегородской области и Марий-Эл. Для Чувашии это незначительная затопленная часть территории и минимальный ущерб, тогда как Республика Марий-Эл потеряет третью часть своих территорий. Нижегородская область получит подъем грунтовых вод и множество нерешенных проблем, например, проблемы питьевой воды - встречный ветер будет без труда загонять канализационные стоки с Артемовских лугов в Окские водозаборы.
Произойдет утрата культурных ценностей и необратимые последствия для окружающей среды и здоровья людей.
Много тысяч жителей Марий-Эл, особенно Козьмодемьянска, Горномарийского и Юринского районов, и Нижегородской области собрали в свое время огромное количество подписей, провели собрания, митинги с требованием прекратить строительство второй очереди Чебоксарской ГЭС, не поднимать уровень воды до 68 отметки, а наоборот снизить на 3-
Большой вред заполнение водохранилища нанесет социальным мероприятиям всей западной половины Марий-Эл. Поселок Юрино и десятки деревень изолируются окончательно от Йошкар-Олы и других экономических центров.
Повышение уровня воды до отметки
| |
Экологические издержки
гидроэнергетики
М.А. ХАРЬКИНА, кандидат геолого-минералогических наук
В.К. ГОРБУШИНА, кандидат технических наук
«Энергия» 2004, № 4. С. 32-39.
Возведение гидроэлектростанций требует создания водохранилищ, плотин, дамб, каналов, гидротехнических туннелей и других сооружений. Необходимые для этого работы (вскрытие котлована, укладка бетона, отсыпка плотины, наполнение водохранилищ и т.д.) приводят к изменениям естественных геологических процессов и их последствий для живых организмов и человека.
Начнем рассмотрение проблемы с изменения рельефа территорий при строительстве ГЭС. Их условно можно поделить на качественные и количественные. Качественные изменения касаются отторжения части суши в результате создания водохранилищ. Самыми крупными по площади являются равнинные водохранилища. Первое место среди них занимает водохранилище Вольта (Гана) площадью 8480 км2, второе — Куйбышевское (Россия) площадью 5900 км2.
Количественные изменения касаются вертикальной деформации и осадки пород в основании плотин и водохранилищ. Анализ многолетних наблюдений за скальными основаниями наиболее крупных бетонных плотин, построенных на территории бывшего СССР в различных геологических условиях и имеющих широкий диапазон конструктивных особенностей, показывает, что в течение первых 4-8 лет после завершения строительства происходит интенсивная осадка плотин. В ряде плотин (Саяно-Шушенская, Токтогульская, Андижанская ГЭС) наблюдавшаяся суммарная осадка составляет 12-
Водохранилища создают также дополнительную вертикальную нагрузку. Под тяжестью воды дно водохранилища прогибается. Средняя скорость опускания ложа Красноярского водохранилища составляет 6-
Доказано, что 76% аварийных ситуаций на ГЭС мира связаны с развитием природных и техногенных геологических процессов и лишь 24% — с дефектами инженерных конструкций и качеством строительства. Общие представления о значимости геологических процессов для обеспечения безопасности гидроэнергетических сооружений дает табл. 1. Однако проблемам экологических последствий воздействия геологических процессов при создании гидроэнергетических комплексов уделяется значительно меньшее внимание. Постараемся частично восполнить этот пробел.
| Таблица 1 | ||||||
| Инженерные последствия проявления природных, техноприродных и техногенных процессов при создании гидроэнергетических комплексов | ||||||
| Процессы | Бетонные плотины | Грунтовые плотины | Все типы плотин | |||
| Количество | Количество отказов и аварий,% | Количество | Количество отказов и аварий,% | Количество | Количество отказов и аварий,% | |
| Природные — паводки — зеилетрясения — карст — оползни и отвалы | 35 14 15 — 6 | 30 12 13 — 5 | 53 35 11 1 5 | 30 19 6 1 3 | 88 49 26 1 12 | 30 16,5 9 0,5 4 |
| Техноприродные — фильтрация — суффозия и размыв — эррозионный размыв — осадка — просадка — деформация сдвига — криогенные прцессы | 52 12 8 6 9 — 6 11 | 44 10 7 5 8 — 5 9 | 86 29 14 5 17 4 16 1 | 48 16 8 3 10 2 9 1 | 138 41 22 11 26 4 22 12 | 46 14 7 4 9 1 7 4 |
| Техногенные — обусловленные дефектами проекта — обусловленные дефек- тами строительства и оборудования | 31 17 14 | 26 14 12 | 39 17 22 | 22 10 12 | 70 34 36 | 24 12 12 |
| ВСЕГО | 118 | 100 | 178 | 100 | 296 | 100 |
При строительстве ГЭС активизируются природные геологические процессы и возникают новые — техногенные. Они имеют как позитивные, так и негативные последствия для биоты и прежде всего для человека. Самым экологически значимым техногенным процессом является длительное затопление долины реки. Оно вызывает подъем уровня грунтовых вод на прилегающих к водохранилищу территориях.
Позитивные экологические последствия подъема уровня грунтовых вод заключаются в повышении урожайности сельскохозяйственных культур в засушливых районах. Так, благоприятным для сельского хозяйства явилось создание каскада Волжских ГЭС и сокращение территорий с неустойчивым ведением земледелия.
Кроме того, известны отдельные случаи позитивного влияния затопления на здоровье населения. Положительные перемены произошли в паразитарной обстановке района после создания водохранилища Каинди в Африке. До создания водохранилища этот район считался очагом онхоцеркоза — глазного заболевания, в результате которого 5.7% живущего в этой зоне населения лишалось зрения. После заполнения чаши водохранилища резко сократились участки, подходящие для размножения мошки-переносчика инфекций. В результате заболеваемость онхоцеркозом значительно сократилась, хотя численность населения увеличилась (вместо 10 прибрежных деревень появилось 70 новых поселений).
Основные негативные экологические последствия затопления обусловлены потерей земельных ресурсов. По данным Института сельскохозяйственных изысканий, площадь затопленных земель по состоянию на
Одним из основных неблагоприятных экологических последствий затопления является необходимость переноса населенных пунктов со сложившейся системой расселения, социальной и производственной инфраструктурой. Так, создание Куйбышевского водохранилища привело к переселению 150 тысяч человек, Кременчугского — 130, Рыбинского — 116, Братского — 68, Горьковского — 31, Новосибирского — 30, Усть-Илимского — 16.
При сооружении каскада водохранилищ на Ангаре (Иркутского, Братского и Усть-Илимского), заполненных в 50-70-е гг. XX столетия, в зону затопления попало около 350 населенных пунктов Иркутской области (в основном перенесенных или ликвидированных, в ряде случаев — перестроенных или защищенных), из которых было переселено свыше 100 тыс. чел. При создании поселений на новых местах терялся эффект предыдущей освоенности и преемственности.
Затопление долины Ангары, а следовательно, и наиболее плодородных земель вызвало трудности со снабжением населения продовольствием за счет местных резервов. Ущерб, нанесенный сельскому хозяйству Иркутской области, был огромен: затоплено свыше 7 тыс. км2 территории (около 1 % всей площади региона), а с учетом подпора уровня озера Байкал общая площадь затопления (с Бурятией) составила 8.4 тыс. км2. При этом в зону затопления попали наиболее плодородные сельскохозяйственные земли речных долин площадью 2.2 тыс. км2 (около 10% современного сельскохозяйственного фонда Приангарья). Под воду ушла, например, знаменитая «илимская пашня», уже в XVII веке обеспечивавшая хлебом всю Якутию. Компенсационное освоение новых земель было недостаточным (не реализован до конца даже пресловутый принцип «гектар за гектар») и к тому же осуществлялось преимущественно на таежных водораздельных пространствах, продуктивность которых в 2-4 раза ниже продуктивности потерянных долинных земель. Утрата наиболее ценных сельскохозяйственных угодий стала одной из основных причин обострения продовольственной проблемы в Иркутской области.
С созданием водохранилищ связано возникновение еще одного техногенного геологического процесса — подтопления территорий. Территория считается подтопленной, когда уровень грунтовых вод располагается на глубине менее
Подтопление берегов водохранилищ, особенно равнинных, нарушение водного режима приводят к существенным трансформациям растительности, включая луговые и лесные фитоценозы.
Изменения луговых фитоценозов в лесной и лесостепной зоне происходят при подъеме уровня грунтовых вод до отметок 0.6-
В лесных фитоценозах поднятие уровня грунтовых вод вызывает переувлажнение почв и дефицит в них кислорода, что ведет к отмиранию части корней деревьев, а порой — к их гибели. Наименее устойчивы к новым гидрогеологическим условиям ель и пихта, лучше приспособлены ольха, береза, ясень, сосна.
Степень влияния подтопления на древесную растительность зависит от глубины залегания грунтовых вод. В подзоне сильного подтопления (уровень грунтовых вод на глубине 0.1-
* Шистосомоз — тропическое инфекционное заболевание, поражающее мочеполовые и пищеварительные органы.
Наполнение водохранилищ и неизбежное при этом подтопление территорий существенно изменяют условия жизни населения. Подтопление оказывает косвенное воздействие на состояние здоровья населения, как правило, негативное. Так, значительное ухудшение эпидемиологической и паразитарной обстановки отмечалось после создания водохранилищ Насер и Сеннар в бассейне р. Нил, подтопления значительных площадей и введения круглогодичного орошения. Заболеваемость шистосомозом* возросла с 5 до 80%. Причиной явилось резкое увеличение мест обитания улиток — промежуточных «хозяев» возбудителей болезни.
В нашей стране этому вопросу исследователи стали уделять внимание только во второй половине XX века, когда были зафиксированы многочисленные случаи подтопления территорий городов, располагающихся по берегам водохранилищ (Казань, Кинешма, Юрьевец на Волге, Николаев на Днепре). Установлено, например, что наполнение Чебоксарского водохранилища до отметки
Сравнительная характеристика масштабов подтопления территорий равнинных и горных водохранилищ приведена в табл. 2.
| Таблица 2 | |||||
| Сравнительная характеристика масштабов подтопления территорий равнинными и горными водохранилищами | |||||
| Водохранилища бывшего СССР | Площадь затопленных земель, тыс. га | Площадь подтопленныз земель | |||
| тыс. га | % от затопленных земель | ||||
| средний | минимальный | максимальный | |||
| Равнинные Горные | 6541,7 255,6 | 1032,6 14,1 | 15,8 5,5 | 12,4 2,8 | 27,0 7,4 |
Масштабы негативных экологических последствий подтопления населенных пунктов, лесов, сельскохозяйственных угодий вынудили управляющие органы остановить строительство новых равнинных водохранилищ из-за их недостаточной экологической обоснованности.
С созданием водохранилищ связано возникновение таких новых геологических процессов с неблагоприятными экологическими последствиями, как переработка берегов и всплывание торфа при их заполнении. Из общей длины берегов водохранилищ в России, близкой к 20 тыс. км, переработке подвергаются 40%, и все они принадлежат крупным водохранилищам (Братскому, Вилюйскому, Волгоградскому, Горьковскому, Зейскому, Камскому и другим).
Процесс переработки берегов имеет сложный характер и включает множество процессов более низкого порядка, действующих в различных сочетаниях. Главным среди них является абразия, вызываемая динамическим воздействием ветровых волн. Среди других геологических процессов, играющих существенную роль в переработке, следует назвать выветривание, оползание, просадки и эрозию.
Основные неблагоприятные экологические последствия переработки берегов связаны с потерей земельных ресурсов и неизбежностью переноса населенных пунктов и инженерных коммуникаций. По расчетам, берега водохранилищ перестанут отступать, то есть приобретут равновесную форму, лишь через десятки, а то и сотни лет после их создания. Отступание берега в первый год существования водохранилищ нередко достигало 60-
Процесс всплывания торфа относится к специфичному типу переработки берегов и дна. Он наблюдается на участках, где в зону затопления попадают торфяники. Отрыв торфа ото дна и подъем на поверхность происходит из-за малой плотности торфа и газов, образующихся в процессе разложения органических веществ. В основном всплывание торфа происходит в первые пять лет эксплуатации водохранилища. Например, на Нарвском водохранилище за 8 лет его эксплуатации всплыло больше 50% площади затопленных торфов, что составило
Неблагоприятные экологические последствия всплывания торфа сказываются на условиях проживания человека не прямо, а опосредованно и связаны с опасностью для судоходства и нарушением нормальной работы ГЭС.
Особое место занимают геологические процессы в криолитозоне. Создание водохранилищ, оказывая отепляющее воздействие, коренным образом меняет температурны режим массивов многолетнемерзлых пород, влияя на их состояние, состав и свойства. Происходит активизация как природных, так и природно-техногенных геологических процессов, таких как оттаивание, термокарст, термоабразия, термоэрозия, солифлюкция, наледеобразование, пучение, подтопление при постепенном оттаивании пород и другие.
При создании водохранилищ в криолитозоне наиболее экологически значимым процессом является оттаивание многолетнемерзлых пород, вызывающее снижение водонепроницаемости мерзлых грунтов, активизацию фильтрации в теле плотины или ее бортовых примыканиях. При этом утечки воды из водохранилища могут достигнуть катастрофических размеров и привести к полной сработке водохранилища. Примером катастрофических утечек воды из водохранилища с серьезными негативными экологическими последствиями может служить плотина Билибинской АЭС на ручье Поннеурген. В
Перейдем к рассмотрению природных геологических процессов, меняющих свою интенсивность при строительстве и эксплуатации гидроэнергетических комплексов. Экологические последствия активизации таких процессов, как карст, землетрясения, оползни, заиление, носят, в отличие от техногенных процессов, исключительно негативный характер. Как правило, это ведет к снижению комфортности проживания человека, а в ряде случаев создает угрозу для жизни.
Активизация карстовых процессов отмечается при заполнении водохранилищ, расположенных на растворимых породах. Карст представляет собой совокупность геологических процессов, вызванных химическим растворением горных пород. Подъем уровня воды резко увеличивает фильтрационные градиенты и усиливает фильтрацию. В этих условиях активизируются процессы растворения и выщелачивания пород движущимися подземными водами. В результате изменяется структура и строение карсту ющихся пород, они становятся водопроницаемыми. Происходит образование пустот, каналов, пещер и других подземных полостей.
Активизация карстовых процессов приводит к невозможности удержания воды в водохранилище, как это отмечалось на ГЭС Хэлс Бар (США), Сен-Гильельм-ле Дезер (Франция), Докан (Ирак), Камараза и Монте-Хака (обе — Испания). В большинстве случаев неблагоприятные экологические последствия активизации карста наблюдались на плотинах, возведенных в конце XIX и первой половине XX века, когда инженерно-геологическим изысканиям, и в частности карстовым процессам, уделялось недостаточно внимания и средств. В связи с проявлением карстовых процессов в
Не менее важные негативные экологические последствия активизации карста отмечаются на сельскохозяйственных угодьях. Так, создание Братского водохранилища вызвало суффозию, деформации и карстовые провалы в прибрежной полосе шириной 50-
Большие изменения при создании гидроэнергетических сооружений претерпевает оползневой процесс. При создании водохранилищ уровень воды в реках (Волга, Кама, Днепр, Днестр и другие) поднялся на 15-
В целом количество произошедших оползней за последние 40 лет при некотором уменьшении количества строящихся ГЭС и увеличении их размеров остается примерно постоянным. В среднем из-за оползней происходят три аварии в год. Масштабность оползней и экологические последствия их воздействия на биоту и человека определяются объемом перемещаемых грунтовых масс. Объемы оползней, вызвавших значительные аварии на гидротехнических сооружениях, составляют от 1 тыс. до 100 млн. м3 горных пород. Наиболее часто сходят оползни объемом 1-10 млн. м3. На этапе выемки котлована происходят 67% оползней, при заполнении водохранилища — 15%, а на стадии эксплуатации отмечается активизация 18% оползней. Иногда оползни происходят через ; несколько лет после окончания строительства. Например, оползень на плотине Хейвейк (Япония) произошел через два года, а на плотине Джейс Каньон (США) — через пять лет после начала эксплуатации. Инженерными последствиями оползней, как правило, являются перенос створа плотин, изменение проектных решений, задержка сроков строительства и другие технические решения. Экологические последствия оползней — перебои в водоснабжении целых городов (например, Бухареста в Румынии в июле
В результате активизации оползневого процесса может произойти существенное снижение комфортности проживания человека из-за нарушения ирригации сельхозугодий и водоснабжения городов. Такой случай зафиксирован в Румынии в июле
Еще одним природным геологическим процессом, трансформирующимся при создании водохранилищ, является заиление. Его длительность зависит от твердого стока реки, то есть количества взвешенных и влекомых частиц, и от объема водохранилища. Данные о сроках заиления крупных водохранилищ базируются в расчетах и в некоторых случаях существенно отличаются. Например, заиление Чирюртского водохранилища на реке Сулак со средним многолетним твердым стоком 15.77 млн. м3/год наступит через 6 лет, а по расчетам института «Гидропроект», заиление строящегося Крапивинского водохранилища на реке Томь со средним многолетним твердым стоком 3.47 м3/год может наступить через три тысячи лет. Несмотря на существенную разницу в оценках скорости этого процесса, он, несомненно, идет и приводит к неизбежным негативным экологическим последствиям. Они связаны с утратой рекреационных территорий, используемых для отдыха населения, и потерей жизненно важных хранилищ пресной питьевой воды. Сейчас есть сведения о раннем заилении на 70% еще до ввода в эксплуатацию водохранилища Басков на реке Арджеше (Румыния) или даже полном заилении водохранилищ и их спуске — Цвиклевское водохранилище на реке Смотрич (Украина).
Илы, накопившиеся в водохранилище, можно рассматривать как источник органических удобрений для сельского хозяйства. С этой точки зрения заиление водохранилищ имеет позитивное значение. Однако илы далеко не каждого водохранилища могут быть использованы из-за загрязнения тяжелыми металлами и другими токсичными веществами.
С техногенным воздействием при создании гидроэнергетических комплексов связано нарушение временного динамического и экологического равновесия.
Возведение плотин и наполнение водохранилищ приводит к изменению напряженно-деформированного состояния массивов пород в основании и, как следствие, к временному нарушению динамического равновесия, которое быстро восстанавливается. Так, на всех бетонных плотинах зафиксированы возвратно-поступательные перемещения бетонных блоков, сопровождающиеся раскрытием швов между бетонными элементами, ростом противодавления и подъемом напоров в некотором объеме основания. Это приводит к изменению напряженно-деформированного состояния и некоторому повышению сейсмичности, особенно в горно-складчатых регионах.
Повышение сейсмической активности районов расположения ГЭС можно рассматривать как результат нарушения временного динамического равновесия, а возникновение наведенных землетрясений — как способность литосферных блоков к геодинамической самоорганизации.
Эффект «возбужденной сейсмичности», связанный с инициированием сейсмичности техногенными воздействиями, известен достаточно давно. По данным на
| Таблица 3 | ||||
| Экологические последствия проявления геологических процессов при создании гидроэнергетических объектов | ||||
| Тип антропо- генного воз- действия | Геологические процессы и их происхождение | Экологические последствия | ||
| техногенные | природные активизиро- ванные | позитивные | негативные | |
| Создание во- дохранилищ | Затопление | | Сокращение территорий с неустойчивым ведением земледелия в засушливых районах | Трудности продовольственного снабжения из-за потери земельных ресурсов, перенос населенных пунктов,деградация и утрата рыбных, лесных и охотничьих ресурсов |
| Подтопление | | | Увеличение площади заболоченных земель, снижение комфортности проживания населения на береговых территориях | |
| Переработка берегов | | | Перенос населенных пунктов | |
| Всплывание торфа | | | Опасность для судоходства, перебои с энергоснабжением из-за остановки ГЭС | |
| Оттаивание многолетне мерзлых пород | | | Утечки воды и полная сработка водохранилища | |
| Оползни | | | Снижение комфортности проживания из-за остановки ГЭС и перебоев в энерго- и водоснабжении, гибель людей | |
| | Карст | | Деградация земель, человеческие жертвы при разрушении плотины | |
| | Землетря- сения | | Дискомфорт проживания, гибель людей | |
| Заиление | | Накопление органических удобрений | Утрата рекреационных территорий, потеря хранилищ пресной воды | |
Основными причинами «возбужденной сейсмичности», по мнению ряда исследователей, являются возросшее порово-трещинное давление, вызывающее снижение прочности массивов пород по зонам разломов, и дополнительная пригрузка массой воды водохранилищ, изменяющая поле напряжений. Установлено, что возбужденная сейсмичность в большей степени зависит от высоты плотины, чем от объема водохранилища. Для плотин высотой более
В последнее время эффект наличия «возбужденной сейсмичности» подвергается сомнению отечественными сейсмологами. Так, на водохранилищах Саяно-Шушенской, Зейской и Чиркейской ГЭС эффект «возбужденной сейсмичности» не зафиксирован, а на водохранилищах Нурекской и Токтогульской ГЭС в Средней Азии и Ингури ГЭС на Кавказе «возбужденная сейсмичность» проявилась увеличением числа слабых землетрясений магниту дои 1.1, не имеющих ощутимых экологических последствий.
Последствия проявления «возбужденной сейсмичности» в районах расположения гидроэлектростанций для человека носят негативный характер. Снижается комфортность проживания населения. Известно, что сейсмические толчки силой в 5 баллов по шкале MSK-64 ощущаются всеми людьми вне и внутри зданий, при 6 баллах люди пугаются и выбегают из помещений, а при 8 баллах возникает общий испуг и паника среди населения и даже возможны человеческие жертвы.
Таким образом, строительство и эксплуатация гидроэнергетических комплексов вызывают существенную трансформацию природных геологических процессов, а их экологические последствия имеют как положительные, так и отрицательные стороны (табл. 3).
Геоинформационная система гидрологического назначения в Самарской области
Лукьянчикова О.Г., Васильчиков Ф.Ю., Ульянкина Л.К.
ГУП институт «ТеррНИИгражданпроект», Самара;
тел.: (8462) 33-28-05, E-mail: [email protected]
Самарский участок Волги в настоящее время представляет собой каскад водохранилищ речного типа – результат гидротехнических преобразований 50-90-х годов XX века. В пределах области на реке Волга расположены Куйбышевское и Саратовское водохранилища, существенно изменившие природообусловленное строение речной сети (рис. 2).
Куйбышевское водохранилище - крупнейшее в Европе. Через створ Куйбышевского гидроузла проходит 97% волжского стока. Гидроузел перераспределяет естественный речной сток, задерживая воду в половодье и отдавая ее запасы в межень.
Рис. 1. Гидрографическая сеть Самарской области.
Рис. 2. Профиль Куйбышевского и Саратовского водохранилищ.
На протяжении всего Волжско-Камского каскада, особенно в низовьях Волги, сталкиваются интересы крупнейших водопользователей Волжской хозяйственной системы: рыбного и сельского хозяйства, экосистемы Северного Каспия, энергетики, судоходства. Требования этих водопользователей в значительной степени определяют режим работы всего каскада.
Наиболее характерной фазой водного режима рек области является весеннее половодье, во время которого проходит 60-90% годового стока. Подъем уровня воды в реках обычно начинается в конце марта - начале апреля, его интенсивность в средние по водности годы составляет 30-90 см/сут. В многоводные годы она достигает 300 см/сут, а затопление поймы длится до 40 дней. На всех относительно крупных водотоках спад воды обычно продолжается дольше, чем подъем, уровень воды понижается на 20-70 см/сут.
В целях организации предупредительных мероприятий по пропуску паводковых вод, защиты населения области от возникновения чрезвычайных ситуаций ежегодно распоряжением Губернатора Самарской области формируется областная паводковая оперативная группа в составе представителей разных служб и ведомств.
Исходная информация для работы паводковой комиссии рассредоточена во многих ведомственных структурах - в разрезе их отраслевой специализации и, чаще всего, без привязки к картам.
Создание ГИС
Опыт работы комиссии определил необходимость разработки комплексной геоинформационной системы гидрологического назначения Самарской области. Эта система позволит не только собрать воедино разобщенную информацию, но и на основе фактических и прогнозных данных оперативно представлять сведения для работы паводковых комиссий. Кроме того, система должна стать основой для осуществления мониторинга паводковой обстановки на территории области и выработки управленческих решений по ликвидации последствий паводков.
На первом этапе было принято решение разработать пилотный проект на один из районов Самарской области, и только после этого перейти к разработке ГИС гидрологического назначения на всю территорию области.
Пилотный проект «Формирование геоинформационной системы для разработки мероприятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с паводковыми явлениями, на примере Кинель-Черкасского района (далее района)», выполнен ГУП «ТеррНИИгражданпроект» по заказу Главного управления ЖКХ Самарской области.
Изначально разработчиками был проведен обзор и анализ существующих отечественных и зарубежных разработок систем гидрологической направленности. Были также сформулированы основные требования к ГИС: система должна представлять собой комплекс программ для работы с картографической информацией, моделирования паводковой ситуации, хранения картографических и атрибутивных данных.
Проект выполнен на основе геоинформационных технологий с использованием программных продуктов ArcGIS от ESRI и ГИС ИнГео.
Исходные данные и картографическая подоснова
Картографическая основа пилотного проекта объединяет цифровые топографические карты и планы области, муниципальных образований, населенных пунктов:
- Карта Самарской области М 1:100 000
- Топографические карты М 1:25 000
- Ортофотопланы на территорию исследуемого района М 1:10 000
- Инвентаризация земель поселений М 1:2000
- Проекты генеральных планов поселений М 1:5000 и 1:2000.
При формировании базы данных использовались материалы, предоставленные Главным управлением ЖКХ Самарской области, Главным управлением по делам ГОЧС Самарской области, комитетом по земельным ресурсам и землеустройству Самарской области.
Для получения обобщенной гидрометеорологической информации использованы результаты многолетних наблюдений на гидрологических постах и метеостанциях (рис. 3), результаты рекогносцировочных обследований на территории области, представленные Приволжским межрегиональным территориальным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающейсреды (Самарский ЦГМС-Р), материалы ранее выполненных целевых проектов и программ.
Рис. 3. Фрагмент базы данных гидрометеорологических наблюдений на метеорологических постах на территории Кинель-Черкасского района.
Использование ортофотопланов позволило уточнить информацию о современном состоянии территории в полигоне зон затопления (рис. 4). В результате анализа были выделены области, требующие дополнительного изучения. В основном это застроенные земли, где идет активное градостроительное освоение водоохранных зон.
Рис. 4. Использование ортофотопланов для уточнения информации о современном состоянии территории в зонах возможного затопления.
Формирование наборов тематических слоев подосновы
На цифровые топографические карты были нанесены тематические слои, отражающие состояние объектов и статистическую информацию гидрологического назначения:
1. Гидрометеорологические условия района:
- среднемесячное и годовое количество осадков;
- средняя декадная высота снежного покрова;
- запас воды в снежном покрове;
- средняя месячная и годовая температура воздуха;
- наибольшее суточное количество осадков.
2. Основные характеристики и параметры гидрографической сети на территории района.
3. Данные о наличии, состоянии и владельцах гидротехнических сооружений на территории района.
4. Водный режим:
- характеристика половодья на Куйбышевском и Саратовском водохранилищах;
- характеристика половодья на реках района;
- характерные даты вскрытия Волжских водохранилищ на территории Самарской области и рек на территории района;
- сведения о наибольших суммарных объемах стока воды в период половодья и дождевых паводков;
- характерные уровни воды в период половодья на реках района;
- сведения о наивысших уровнях воды разной обеспеченности на основных реках района;
- сведения о возможных подтоплениях населенных пунктов и промышленных объектов района в период половодья с привязкой к гидрологическому посту.
5. Мониторинг ледовых заторов и подрывных мероприятий.
Порядок определения границ паводкоопасных территорий и их зон
Нижняя граница паводкоопасных территорий для водохранилищ и прудов совпадает с урезом воды при нормальном подпорном уровне (НПУ), для рек и озер - с урезом воды при меженных расходах.
Верхняя граница паводкоопасных территорий соответствует границе затопления при прохождении паводка 1% обеспеченности с вероятностью повторения один раз в 100 лет.
Паводкоопасная территория делится на 2 зоны:
- зона повышенного риска при хозяйственной деятельности - затапливаемая при уровнях 5% обеспеченности и более высоких;
- зона умеренного риска при хозяйственной деятельности - территория, расположенная между границами затопления при уровнях 1% и 5% обеспеченности.
В пределах паводкоопасных территорий землепользователи должны соблюдать специальные требования по использованию земель в соответствии с «Положением об условиях хозяйственной деятельности на территориях, находящихся в зонах периодического затопления».
Проектная документация на новые объекты на таких территориях подлежит обязательному согласованию с природоохранными органами, областным штабом по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям и рассмотрению органами государственной экспертизы.
Районирование подтапливаемой территории
В долинах рек Самарской области и вдоль Куйбышевского и Саратовского водохранилищ в результате паводков происходит затопление земель, населенных пунктов (рис. 5). Затопление и подтопление - взаимосвязанные процессы. При паводке происходит подъем уровня в реке (или водохранилище), и уже до начала выхода воды из берегов, то есть до начала затопления, происходит развитие подпора, который вызывает подъем уровня грунтовых вод на прилежащей территории и её подтопление. После выхода реки из берегов происходит затопление территории и продолжается дальнейшее развитие подпора. В связи с этим, площадь подтопления оказывается больше площади затопления. Затопление длится недолго, и паводковая вода сравнительно быстро уходит обратно в реки, а подтопление - процесс более длительный. Он продолжается до тех пор, пока не опустится уровень подземных вод. Подтопление происходит при любом паводке, независимо от его % обеспеченности (рис. 6, 7).
Рис. 5. Моделирование зон затопления по цифровой модели местности в границах населенных пунктов.
Рис. 6. Автомобильные и железные дороги, расположенные в зоне возможного затопления.
Рис. 7. Построение зон затопления по трехмерной модели рельефа местности на основании статистических данных.
В связи с вышесказанным, в районе выделены участки, где подтопление обусловлено паводком и продолжается в течение 30-60 суток, после чего происходит снижение уровней.
Также в долинах рек и вдоль водохранилищ выделяются участки, где подтопление обусловлено как паводками, так и рядом других причин, и существует не только в период паводка, но фактически в течение всего года. К таким участкам относятся территории, расположенные в пониженных местах в районе поймы и низких террас, где подтопление обусловлено близким к поверхности расположением зеркала грунтовых вод.
Подтопление на рассматриваемых участках вызвано и развитием подпора (повышением уровня грунтовых вод) после создания Куйбышевского и Саратовского водохранилищ.
Принято, что подтопленными считаются территории жилой и промышленной застройки при залегании уровня грунтовых вод весной ниже
а) менее
б) менее
в) менее
Районирование защищаемых подтопленных земель проведено в соответствии с природными условиями. По геологическому признаку были выделены 3 района. Каждый район в зависимости от характера подтопления подразделяется на 2 участка:
- временное подтопление, связанное с паводком;
- постоянно существующее подтопление, усиливающееся паводком.
Зона затопления от реки Большой Кинель
Для создания векторного полигона зоны затопления от реки Большой Кинель, являющейся основным водотоком на территории пилотного проекта, были использованы топографические карты М 1:25 000.
Кроме того, для моделирования паводковой ситуации по крупным населенным пунктам были использованы цифровые модели местности, созданные институтом «ТеррНИИгражданпроект» на основе генеральных планов поселений масштабов 1:5000, 1:2000.
Для получения информации о физических и юридических землепользователях в зоне затопления использовались сведения инвентаризации земель поселений района.
Построение трехмерной модели зоны затопления выполнено на основании статистических данных многолетних наблюдений по уровням затопления и детальной модели, учитывающей рельеф местности. Для достижения более точного результата на следующем этапе проектирования будут учтены внутрипочвенные водные потоки, структура почвы и растительности.
После получения текущей сводки о высоте воды на гидрологических постах данные вводятся оператором в ГИС, и методом интерполяции проводится моделирование зоны затопления.
По результатам построениязоны затопления и подтопления проводится:
- Определение перечня населенных пунктов, попавших в зону затопления, числа жителей в них;
- Определение перечня промышленных предприятий, скотомогильников, свалок, складов минеральных удобрений, попавших в зону затопления;
- Определение длины автомобильных и железнодорожных путей, мостов и инженерных сооружений, попавших в зону затопления;
- Определение длины линий магистральных трубопроводов, попавших в зону затопления;
- Осуществление подсчета затопленных площадей в разрезе их функционального использования.
Оценка потенциального экономического ущерба от наводнения
Режим воздействия является одним из основных факторов, определяющих размер ущербов от затопления. Под режимом воздействия паводковых вод на земельные угодья и объекты подразумевается:
- дата начала и окончания затопления;
- глубина затопления;
- продолжительность подъема и спада уровней, общая продолжительность затопления;
- повторяемость затоплений в многолетнем разрезе.
В связи с широким диапазоном колебаний гидрологических показателей в весенний период, сложным рельефом паводкоопасных территорий каждый конкретный земельный участок или объект будет испытывать свой режим воздействия, отличный от режима воздействия на другие участки и объекты.
Для правильной оценки масштабов вредного воздействия высоких паводков были проанализированы материалы о фактических наводнениях в области, в том числе в наиболее многоводные 1979 и 1991 годы, и мерах, предпринятых для ликвидации последствий затоплений и подтоплений.
Например, в 1979 году в области были затоплены 2380 жилых домов, окружены водой 19 населенных пунктов с населением свыше 16 тыс. человек и 2,2 тыс. голов скота, размыты и повреждены 191 плотина, 58 малых и средних мостов. Было эвакуировано 1300 человек.
Для определения материального ущерба от наводнения в ГИС в качестве исходного материала были введены данные кадастровой оценки земель поселений района, расположенных в зоне возможного затопления в период половодья (рис. 8).
Рис. 8. Кадастровая оценка земель райцентра Кинель-Черкассы.
Для оценки экономического ущерба от затопления сельхозугодий необходимо классифицировать их по типам посевов и почвам, что может быть выполнено только после инвентаризации и кадастровой оценки земель сельскохозяйственного использования.
Составление карт глубин воды и значений возможного материального ущерба в зонах затопления, а также их классификация будут выполнены в рамках отдельного проекта с привлечением экономистов и представителей страховых компаний.
Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, связанных с паводковыми явлениями
В проекте учтены данные органов ГОЧС, отражающие силы и средства для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (рис. 9):
- Паводковые оперативные группы;
- Разведывательные группы;
- Посты наблюдения;
- Наличие плавсредств, привлекаемых для дежурства на время весеннего паводка;
- Спасательные звенья на плавсредствах;
- Наличие автомобильной и инженерной техники;
- Резерв строительных материалов;
- Средства связи;
- Резерв районного звена территориальной подсистемы, привлекаемый для ликвидации последствий наводнения;
- Схема оповещения и план эвакуации населения из зоны затопления (рис. 10);
- Мониторинг ледовых заторов.
Рис. 9. Силы и средства паводковых оперативных групп в Кинель-Черкасском районе.
Рис. 10. Маршруты оповещения населения Кинель-Черкасского района в чрезвычайных ситуациях посредством автотранспорта.
Достигнутые результаты
Созданная ГИС гидрологического значения обеспечивает:
- Сбор и накопление информации о местности в виде цифровых топографических карт и планов и её визуализацию;
- Создание, привязку и совместное использование цифровых карт и различной тематической пользовательской информации;
- Поиск любой атрибутивной информации по табличным и картографическим запросам, пространственную визуализацию любых данных;
- Автоматический ввод и редактирование параметров, необходимых для проведения моделирования: корректирование данных оператором; выбор необходимой информации из БД паводковых ситуаций; просмотр, редактирование и использование накопленных сценариев;
- Разработку и выполнение ГИС-приложений, решающих широкий круг задач: от анализа и оценки местности до моделирования процессов;
- Формирование отчетных документов;
- Исходную базу данных для разработки целевой программы «Защита от затопления и подтопления населенных пунктов, объектов экономики и ценных земель на территории Самарской области».
Перспективы
На следующем этапе развития проекта необходимо:
1. Разработать ГИС гидрологического назначения на всю территорию Самарской области;
2. Для оперативного мониторинга паводковой обстановки на реках области использовать данные дистанционного зондирования (космические снимки) с целью выявления факторов разливов на реках и проявления заторов льда в руслах рек, а также наличия снежного покрова в бассейнах рек, на которых начался паводок, оценки степени и площадей затопления территорий паводковыми водами;
3. На базе ГИС гидрологического назначения разработать программный комплекс для оценки уровня затопления и расчета величины возможного экономического ущерба в пойме рек, выделения зон градаций страховых рисков от наводнений.
