Header Image

Состояние инфраструктуры в Украине сильно отстает от европейских стран. Средняя площадь жилья на одного жителя составляет около 23,7 м2, что на 30 м2 меньше уровня, зафиксированного в большинстве европейских стран.

Подробнее ...
5.1. Экологические последствия снижения уровня водохранилища Печать E-mail
21.01.2015 14:57

Экологическое воздействие строительства плотин на речные экосистемы изучено достаточно хорошо (Авакян, 1998; Савкин, 2000; Водохранилища и их воздействие…, 1986 и др.). Исследований экологических последствий, связанных со спуском искусственных водоемов, значительно меньше.

Периодический плановый спуск с последующим наполнением практикуется на рыбохозяйственных прудах в рамках мероприятий по улучшению качества водной среды. Осушение пруда (летование) производится, как правило, на один год через каждые 4 года с целью улучшения естественной кормовой базы путем вспашки и посева сельскохозяйственных культур. Спуск пруда производится также с целью его очистки от избыточного количества ила, способствующего развитию в водоеме неблагоприятных для рыбного хозяйства процессов (Ветеринарно-санитарные правила…, 1967).
Что касается других типов искусственных водоемов, то периодическое осушение части дна в них происходит в результате сработки уровня водохранилищ. Наиболее ярко это выражено в зоне переменного подпора одиночных водохранилищ и головных водохранилищ каскада, типичным примером которых является Камское водохранилище (рис. 5.1). Поскольку происходящее в зоне переменного подпора водохранилища обнажение части дна является сравнительно кратковременным и происходит в холодный период года, то заметных экологических последствий при этом не наблюдается.
Внеплановый спуск водохранилищ производится, как правило, в случае истечения срока эксплуатации плотины, как следствие ее износа и нахождения в аварийном состоянии. Решение в пользу осушения водоема подкрепляется тем, что финансовые средства, необходимые для ремонта плотины и ее содержания, зачастую намного превышают стоимость спуска водоема и демонтажа плотины.
Наиболее полно проблема спуска водохранилищ и его экологических последствий изучена в США, чему посвящен ряд публикаций (Elizabeth H.W. Riggs, 2003; Прощай, плотина, 2004; Dam Removal Research. Status…, 2002; Dam Removal. Science and…, 2002; Edward M. Quinn, 1999; The Ecology of Dam Removal…, 2001). Среди отечественных исследований в этой области выделяются работы Российского научно-исследовательского института комплексного использования и охраны водных ресурсов (РосНИИВХ) (Попов и др., 2004).

а)

б)

Рисунок 5.1.
Верховье Камского водохранилища в районе г. Березники:
а) при нормальном подпорном горизонте;
б) при горизонте сработки.
Розовый цвет показывает временно осушенные территории.

С экологических позиций наибольшее внимание при изучении последствий спуска водохранилищ уделяется осушенным донным отложениям, накопившимся за время эксплуатации водоема. При решении данной проблемы ключевое значение имеет состав донных отложений. Формирование последнего происходит под воздействием как естественных, так и техногенных факторов.
Донные отложения, сформировавшиеся под воздействием естественных факторов, состоят, как правило, из частиц песчано-глинистых фракций и органических веществ. Водохранилища, расположенные в промышленно развитых районах, подвержены воздействию сточных вод различных видов, преобладающими среди которых являются городские, ливневые, промышленные, сельскохозяйственные. Загрязняющие вещества, такие как тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды, гербициды и другие, нередко присутствуют в водах в растворенном состоянии. Попадая в водохранилища, они могут выпадать из раствора в осадок, адсорбироваться на тонкодисперсных взвешенных частицах и осаждаться вместе с ними. Этим обусловливается многократное превышение концентрации поллютантов в донных отложениях над их содержанием в водной толще.
При спуске водохранилища происходит неизбежное понижение базиса эрозии его основного и боковых притоков, что приводит к размыву толщ донных отложений, накопившихся за время его эксплуатации.
Смыв верхнего полужидкого слоя донных отложений обычно начинается непосредственно в начале понижения уровня водохранилища при возникновении линейной скорости по направлению к более глубоким частям акватории и нижнего бьефа. Важную роль в этом потоке играет взмучивание под действием ветрового волнения на малых глубинах и особенно вблизи уреза воды. Донные отложения верхнего, наиболее подвижного, слоя в конечном итоге транспортируются в нижний бьеф. Их количество определяется физическими свойствами осадков (механический состав, связность и др.), морфометрией водохранилища, в особенности длиной разгона волны, розой и скоростью преобладающих ветров. Перенос этих донных отложений в водотоке происходит во взвешенном состоянии, с последующей аккумуляцией в соответствии с гидравлической крупностью на участках со скоростями течения меньше придонной скорости от взмучивания при ветровом разгоне волны в спускаемом водохранилище (Общие технические требования…, 2004).
Более глубокие и плотные слои донных отложений, неподверженные размывающему воздействию ветрового волнения, подвергаются эрозии под действием основного и боковых притоков, а также плоскостного и ручейкового стоков. Масштабы ремобилизации и смыва этой части донных отложений во многом определяются объемом и механическим составом осадков, накопившихся за время существования водохранилища, а также условиями (стратегией) осушения водоема. Для искусственных водоемов малого размера характерен размыв и вынос большей части донных отложений; в сравнительно больших водохранилищах, ширина которых намного превышает ширину реки в незарегулированном состоянии, значительное количество донных отложений после спуска, как правило, остается на месте. При этом эрозии подвергается, главным образом, только часть донных отложений, лежащая в пределах новообразованных русла и поймы.
Размываемые различными путями донные отложения сносятся в нижний бьеф и аккумулируются в соответствии с гидравлической крупностью на участках реки, либо в искусственном водоеме, расположенном ниже по течению.
Морфологические изменения, происходящие при этом в русле реки в нижнем бьефе в результате повышенного стока наносов, зависят от величины, частоты, длительности поступления взвешенного вещества вследствие размыва донных отложений водохранилища. Также важными факторами являются гранулометрический состав наносов и характеристики русла. Если количество поступающих наносов превосходит транспортирующую способность руслового потока, происходит частичная или полная аккумуляция материала. В случае частичной аккумуляции, осаждение происходит на участках с пониженной гидродинамической активностью, таких как речные плесы. Значительная аккумуляция наносов в русле реки может привести к изменениям характера русловых процессов, в том числе способствовать развитию процессов разветвления русла (Sara L. Rathburn, Ellen E. Wohl, 2002).
Кроме этого, поступление избыточного количества наносов в русло оказывает существенное влияние на аквальные и прибрежные экосистемы, существенно нарушая среду местообитания гидробионтов, в первую очередь путем изменения характера донного субстрата. В частности, изменение механического состава донных отложений реки приводит к нарушениям среды местообитания гидрофауны. Например, для нереста многих видов лососевых рыб необходимо наличие донных отложений грубого механического состава. Заиление грубодисперсных аллювиальных отложений вновь принесенным мелкозернистым материалом может превратить донные грунты на таком участке непригодными для нереста.
Другим неблагоприятным последствием размыва донных отложений для гидробионтов является ухудшение качества воды ниже по течению в результате повышения мутности. Появление избыточного количества взвешенных веществ в воде может привести к гибели рыб, засоряя их жабры и вызывая удушье (Edward M. Quinn, 1999).
Типичный комплекс экологических последствий механического смыва донных отложений наблюдался на водохранилище Халлигэн (штат Колорадо, США). В конце сентября 1996 г. из водохранилища в реку Норт Форк Каше ла Поудрэ было сброшено около 7 тыс. м3 донных отложений, литологический состав которых варьировался от глины до гравия. Сброс произошел в конце весеннего половодья, тогда как водохранилище было спущено в течение зимы. Во время сброса расход наносов составлял 4 м3 в секунду, но сразу же после сброса этот показатель упал до 0,06 м3 в секунду. В результате донные отложения водохранилища аккумулировались в русле реки на более чем 8 км вниз по течению, и погибло более 4000 рыб. Наносы аккумулировались преимущественно на плесовых участках пропорционально расстоянию от плотины вниз по течению. На расстоянии 0,5 км плесы глубиной до 3,5 м были полностью занесены; на расстоянии 3,2 км вниз по течению плесы были занесены наполовину. С удалением от плотины донные осадки становились более тонкодисперсными. Осадки также образовали тонкий, но протяженный слой на перекатах и проникли на 6 см вглубь грубодисперсных аллювиальных отложений. Результирующим влиянием аккумуляции наносов стало снижение контрастности рельефа речного дна, что способствовало изменению естественного режима транспортировки и аккумуляции наносов (Sara L. Rathburn, Ellen E. Wohl, 2002).
Размыв донных отложений в процессе спуска водохранилища сопровождается также поступлением содержащихся в них загрязняющих веществ в водную толщу, что может вызвать ухудшение качества воды в нижнем течении с соответствующими неблагоприятными последствиями для гидробионтов и водопользователей. Наибольшей интенсивности оно может достигать в период оголения донных отложений или промывки их атмосферными осадками, а также в половодье, поскольку в это время донные отложения будут «отдавать» поровые воды, концентрация поллютантов в которых может быть достаточно велика, что явно скажется на благополучии речной экосистемы. Фактически можно ожидать эффекта аварийного сброса загрязняющих веществ (Общие технические требования…, 2004).
Одним из примеров недоучета количественных и качественных характеристик подверженных размыву донных отложений водохранилища при его спуске, является осушение водохранилища, образованного плотиной Форт Эдвард на реке Гудзон в Нью-Йорке (США). Вскоре после спуска водохранилища и демонтажа плотины в 1973 г. возникли непредвиденные проблемы с качеством воды и судоходством, некоторые из них существуют и по сей день. В частности, химический состав донных отложений водохранилища не был достаточно проанализирован на наличие полихлорированных бифенилов, источником которых являлся химический завод, располагавшийся выше по течению. Внезапная ремобилизация поллютантов оказалась катастрофической для речной экосистемы, что повлекло за собой запрет на рыбную ловлю в реке Гудзон в 1976 г. Кроме того, наносы были смыты вниз по течению и заблокировали большую часть судоходного канала реки, пристань и т. д. В результате пропускная способность канала уменьшилась, подвергнув риску наводнения город Форт Эдвард (Dam Removal. Science and…, 2002).
Другая часть донных отложений, расположенная выше вновь образованных русла и поймы и не подверженная воздействию водно-эрозионных процессов, при определенных условиях может подвергаться дефляции. При наличии в обнажившемся в результате осушения водоема грунте загрязняющих веществ, донные отложения могут превратиться в источник ядовитых паров.
Например, осушение Зеркального пруда в Саратовской области, произошедшее в августе 2006 г. в результате несанкционированного спиливания задвижки водосливной трубы, обернулось экологической катастрофой. Несколько десятилетий назад крупное промышленное предприятие сбрасывало в данный пруд сточные воды с загрязняющими веществами, которые захоронялись в донных отложениях. После их осушения токсиканты начали испаряться. По оценкам экспертов, предельно допустимая норма фенола была превышена в 200 раз, сероводорода – в 75. По словам местных жителей, больше 20 минут на открытом воздухе выдержать было невозможно из-за возникающих слабости и головокружения (Угроза экологического бедствия…, 2006).
Помимо экологических последствий спуска водохранилищ, связанных с количественными и качественными характеристиками донных отложений, в научной литературе описаны также последствия, связанные с рядом других факторов. Один из них связан со значительными изменениями гидрологического режима в результате спуска водохранилища, которые способствуют смене гидробионтов, типичных для водоемов с замедленным стоком, гидробионтами, характерными для речных условий. Так, в результате ихтиологических исследований, проведенных на реке Барабу (штат Висконсин, США), была зафиксирована быстрая смена сообществ рыб в результате восстановления естественного течения реки. В течение 18 месяцев, прошедших после спуска водохранилища, количество видов рыб на месте бывшего водоема увеличилось с 11 до 24. При этом число представителей большеротого окуня, который очень требователен к качеству воды, увеличилось с 3 до 87 (Dam Removal. Science and…, 2002).
В некоторых случаях плотины являются полезным барьером между популяциями рыб выше и ниже плотины. Например, если популяция рыб ниже плотины заражена токсичными веществами, плотина может препятствовать их миграции вверх по течению. В этом случае спуск водохранилища и демонтаж плотины могут привести к заражению популяции рыб, обитающих выше плотины. Если плотина играет роль барьера, препятствующего вторжению чужеродных видов на участки рек как выше, так и ниже плотины, то спуск водохранилища и демонтаж плотины сделают этот процесс возможным (The Ecology of Dam Removal…, 2001).
Повышенные глубины и замедленный водообмен на водохранилище, по сравнению с водотоком в естественном состоянии, обусловливают различия в ряде физико-химических параметров воды (количество растворенного кислорода, температура, концентрация биогенных элементов и др.). Спуск водохранилищ приводит к изменениям ряда физико-химических свойств воды на месте бывшего водоема и на участках рек ниже по течению, сглаживая данные различия. Чем значительнее были данные различия во время эксплуатации водохранилища, тем больше диапазон изменений, происходящих после его осушения (David D. Hart etc., 2002).
Таким образом, основные экологические последствия при спуске водохранилищ связаны с ухудшением качества воды за счет повышенной мутности и выноса загрязняющих веществ из донных отложений в водную толщу, нарушением среды местообитания водных организмов, изменением характера русловых процессов в результате переотложения наносов, а также с рядом гидробиологических и гидрохимических изменений, обусловленных сменой зарегулированного стока на речной режим.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.