Дипломная работа: Оценка экологических и экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ

Реферат

Введение

1. Экологические и экономические последствия строительства водохранилищ

1.1 Физико-географические условия формирования стока рек Республики Башкортостан

1.1.1 Гидрография речных систем. Реки Башкортостана

1.1.2 Речной сток

1.2 Анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан

1.2.1 Водохранилища: общие положения, типы и параметры

1.2.2 Влияние гидротехнических сооружений на режимы водотока

1.2.3 Зарегулированность стока рек РБ прудами и водохранилищами

1.2.4 Использование водных ресурсов рек в других хозяйственных целях

1.3 Экологические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ

1.3.1 Местные климатические изменения

1.3.2.Изменение состава атмосферного воздуха

1.3.3 Геологические условия, гидрогеологический и гидрогеохимический режимы прилегающих территорий

1.3.4 Изменения гидробиологического режима

1.3.5 Изменения животного мира

1.3.6 Изменения растительного мира

1.4 Экономические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ

1.4.1 Воздействие ГТС на земельные ресурсы

1.4.2 Воздействие ГТС на сельское хозяйство

1.4.3 Воздействие ГТС на рыбные ресурсы и рыбное хозяйство

1.4.4 Воздействие ГТС на судоходство

1.4.5 Воздействие ГТС на водоснабжение

1.4.6 Воздействие ГТС на рекреацию

1.4.7 Воздействие ГТС на социально – демографическую сферу

1.5 Разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ

1.5.1 Экологический сток

2. Правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области водных ресурсов

3. Оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа

3.1 Алгоритм расчета экологического стока

3.2 Проверка на однородность

3.3 Расчет экологического стока для рек Республики Башкортостан

Заключение

Библиографический список

Приложения

РЕФЕРАТ

Гидротехнические сооружения, водохранилище, водные ресурсы, водоток, речной сток, экологический сток, природопользование, рациональное использование водных ресурсов.

Целью дипломной работы является анализ экономических и экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ на примере Республики Башкортостан.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

· изучение гидрографии речных систем РБ;

· анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан;

· анализ экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;

· анализ экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;

· разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ;

· обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов;

· оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.

В дипломной работе представлен анализ воздействия на водные ресурсы зарегулирования речного стока водохранилищами: экономические и экологические аспекты. Выполнен обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов, а также проведена оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа. Пояснительная записка 97 стр., рисунков 7, таблиц 9, библиографический список 33 источника

ВВЕДЕНИЕ

Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли. Известный русский и советский геолог академик А. П. Карпинский говорил, что нет более драгоценного ископаемого, чем вода, без которой жизнь невозможна.

Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4262 км³ , из которых около 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общего объема речного стока.

Конец XX – начало XXI вв. характеризуется значительными темпами освоения гидроэнергоресурсов и переходом от строительства преимущественно крупных водохранилищ энергетического назначения к средним и даже малым. Сегодня не так уж много рек, на которых не было бы хоть одного водохранилища. На сегодняшний день в России построено и находится в эксплуатации свыше 3 тыс. водохранилищ.

Социально-экономический аспект: интенсивное гидростроительство объясняется тем, что водохранилища объективно нужны для развития общества, для удовлетворения его потребностей в воде, в продовольствии, энергии, отдыхе, в борьбе с наводнениями и т.д., то есть для повышения качества жизни и создания материальных благ. В то же время создание водохранилищ и регулирование ими стока значительно преобразует естественный гидрологический режим реки, что влечет за собой изменения и многих других природных процессов и условий.

Влияние водохранилища на окружающую среду может проявляться чрезвычайно разнообразно: прямо или косвенно, может быть положительным или отрицательным, постоянным и временным, нарастающим, одинаковым по годам и затухающим.

Экономические и экологические аспекты: строительство водохранилищ имеет позитивные и негативные последствия, однако следует отметить, что значительные или заметные изменения в окружающей среде вызывают преимущественно крупные и некоторые средние водохранилища. Влияние небольших и малых водохранилищ на природу и хозяйство территории обычно невелико, а нередко и положительно.

Позитивная сторона довольно ясна: производство энергии, водоснабжение промышленных центров, ирригация и улучшение условий для водного транспорта, рекреация и др.

Негативная сторона довольно многообразна: развитие ветровой абразии, переработка берегов водохранилищ и их трансформация, заболачивание новых территорий в результате подтопления их водохранилищем, изменение термического и ледового режимов, изменение уровневого и скоростного режимов, отчленение плотиной нерестилищ проходных и полупроходных рыб и др.

Создание гидроузлов с водохранилищами большого объема приводит к различным изменениям окружающей среды. К ним относятся местные климатические изменения, изменения состава атмосферного воздуха. Зарегулирование стока и создание водохранилищ оказывают существенное влияние на формирование и режим водотока, что ведет за собой изменения жизни населения в области строительства водохранилища. Так появление водохранилищ приводит, с одной стороны к затоплению привычных мест отдыха людей, с другой стороны, создает условия, способствующие строительству и эксплуатации лечебно – оздоровительных предприятий – турбаз, санаториев, пансионатов, спортивных лагерей. Также строительство гидротехнических сооружений оказывает существенное влияние на социальную сферу. Население территорий, попавших в зону затопления, вынуждено покидать привычные места проживания, с другой стороны строительство гидроузлов ведет за собой создание новых рабочих мест, развитие социальной инфраструктуры.

Таким образом, строительство гидротехнических сооружений оказывает влияние на окружающую природную среду и значительно сказывается на жизни населения прилегающих территорий. Поэтому проблема строительства и эксплуатации водохранилищ на сегодняшний день является весьма актуальной.

В связи с этим целью дипломной работы является анализ экономических и экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ на примере Республики Башкортостан.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

· изучение гидрографии речных систем РБ;

· анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан;

· анализ экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;

· анализ экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;

· разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ;

· обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов;

· оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.

1. Экологические и экономические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ

Конец XX – начало XXI вв. характеризуется значительными темпами освоения гидроэнергоресурсов и переходом от строительства преимущественно крупных водохранилищ энергетического назначения к средним и даже малым. Сегодня не так уж много рек, на которых не было бы хоть одного водохранилища. На сегодняшний день в России построено и находится в эксплуатации свыше 3 тыс. водохранилищ.

Влияние водохранилища на окружающую среду может проявляться чрезвычайно разнообразно: прямо или косвенно, может быть положительным или отрицательным, постоянным и временным, нарастающим, одинаковым по годам и затухающим.

1.1 Физико – географические условия формирования стока рек Республики Башкортостан

1.1.1 Гидрография речных систем. Реки Башкортостана

Речная сеть любой территории так же, как и артерии живого организма, выполняют исключительно важную функцию, заключающуюся не только в формировании водно-солевого баланса водных объектов, но и транспортировке самой живительной воды, питательных веществ в пространстве, расположенном на стыке различных сфер географической оболочки. Таким образом, она представляет часть гидрографической сети, образованной совокупностью рек различной категории, расположенных в пределах конкретной территории. Структура гидрографической сети и характер ее проявления формируются в условиях сложного взаимодействия физико-географических факторов. Последние определяют величину и интенсивность поступления воды на поверхность суши, условия ее просачивания в подземные горизонты, показатели самого речного стока, сопротивляемость поверхности суши размыву и др. Степень развитости речной сети определяется коэффициентом густоты речной сети (ГРС), представляющим собой отношение длин всех рек к площади ее бассейна.

В свою очередь, наложение различных физико-географических факторов зонального и азонального характера (атмосферных осадков, испаряемости, распространения карстовых образований и др.) способствует формированию довольно сложной картины ГРС по территории республики. Наиболее благоприятные условия для ее развития имеются в пределах западного склона Южного Урала, части бассейна реки Белой и Зилаирского плато. Здесь она составляет 0,6 – 0,7 км / кв. км, чему способствуют высокие показатели атмосферных осадков, слабая водопроницаемость горных образований, сложенных, в основном, плотными кристаллическими и метаморфическими породами [1].

Защищенность межгорных котловин в верховьях рек Белой, Инзера и Сима, а также более низкие абсолютные отметки вдоль восточной и западной периферии указанного района способствуют формированию несколько меньших показателей ГРС (в пределах 0,4 – 0,6 км / кв. км).

Минимальные значения обнаруживаются в Зауралье в нижней части бассейнов рек Янгелька, Большой Кизил, Худолаз, Таналык (менее 0,3 км / кв. км), а также в пределах Уфимского плато и Камско-Бельского понижения. Если в первом случае это происходит в условиях ограниченности атмосферных осадков и большой испаряемости, то во втором - вследствие влияния карста. Это наиболее характерно для Уфимского плато, сложенного хорошо растворимыми сульфатными породами (гипсы, ангидриты) Кунгурского яруса и карбонатными породами Артинского яруса. Здесь, несмотря на повышенное количество атмосферных осадков (600-800 мм и более), густота речной сети низкая (0,20-0,25 км / кв. км и менее). Вдоль нижнего Прибелья и бассейнов рек Ашкадар, Уршак, Дема (нижнее течение), Кармасан, Чермасан, Сюнь (в низовьях) снижению показателей ГРС способствует также меньшее количество атмосферных осадков вследствие барьерно-теневого эффекта Бугульминско-Белебеевской возвышенности. Довольно высокие значения характерны для верхней части бассейнов рек Быстрый Тынып и Буй (0,4-0,6 км / км² ), что обусловлено неразвитостью карста, большими значениями атмосферных осадков и речного стока.

В свою очередь, совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих воды с той или иной территории в виде общего потока, называется речной системой, включающей притоки 1-го, 2-го и n-го порядков, а также саму главную реку.

В практике гидрологических расчетов наиболее часто применяется классификация рек по так называемому "нисходящему" порядку, т.е. реки 1-го порядка это те водотоки, которые образуются в определенных физико-географических условиях на водосборе. Они представляют собой устойчивый элемент речной сети.

По монотомической (наиболее простой) схеме порядок реки увеличивается на единицу в результате впадения каждого нового притока. Однако она для выполнения гидрологических расчетов неудобна, так как номера классов (порядков) рек может не согласовываться с реальными величинами расходов воды в них. В соответствии с нарастанием порядков в целях максимальной адаптации приемов анализа к гидрологическим расчетам и оценкам применяются и другие модификации.

На основании анализа методических положений предшествующих работ Т. В Воронина (1996) сформирована концепция, отражающая структурно-гидрологические особенности речной сети, образующейся в разных физико-географических условиях [1].

В то же время существенным недостатком указанных классификаций является то, что реки одного порядка (от начала до конца) будут иметь неизменную величину расходов воды. Это в принципе не соответствует действительности. В соответствии с этим А. М. Гареевым рекомендуется использование показателей линейного приращения расходов воды, формирующихся в условиях совокупного влияния физико-географических факторов в пределах того участка, где располагается оцениваемый порядок реки.

Следует отметить, что в водохозяйственных исследованиях в ряде случаев применяется противоположная ("восходящая") классификация порядков рек. При этом все реки, впадающие в главную реку, называются притоками 1-го порядка. Притоки, впадающие в водотоки 1-го порядка, относятся ко 2-му порядку; реки , впадающие в них, соответственно, - к 3-му порядку и т.д. Однако эта классификация для выполнения гидрологических расчетов неприменима, так как в данном случае к рекам одного и того же порядка относятся разные по водности водотоки. Например, относительно реки Белой (главная река) при таком подходе и река Сутолока и река Уфа являются реками 1-го порядка. Однако их сток отличается не только большой разницей по величине, но и формированием совершенно в разных физико-географических условиях и антропогенной нагрузке.

Удобство применения такого порядка обосновано, например, при проведении дноуглубительных работ по руслам рек, в речном транспорте, оценки влияния притоков на качество речных вод и др.

Речная сеть Республики Башкортостан относится к трем наиболее крупным бассейнам: Волги, Урала и Оби.

К бассейну реки Волги относятся левые притоки реки Камы (реки Белая, Буй, Западный Ик). Общая площадь их водосборов занимает 79% территории республики, в то время как к бассейну реки Урал относится около 20% и реки Оби – менее 1% территории. Бассейн последней реки представлен лишь небольшими отрезками рек Уй и Миасс в верховьях.

Общий рисунок речной сети в пределах республики отличается сложностью. Это связано с разнообразием форм рельефа, спецификой расположения водоразделов, особенностями геологической истории и литологического строения водосборов. Указанные основные реки в соответствии с этим текут в разных направлениях, иногда меняя свою ориентацию в противоположном направлении.

Реки, принадлежащие бассейну реки Волги (Камы), водосборы которых расположены в пределах Предуралья, имеют типичный облик равнинных рек. Долины хорошо разработаны, имеют широкие поймы и террасированные склоны. Уклоны русел рек и скорости течения небольшие. В соответствии с этим сами русла характеризуются неустойчивостью и разветвленностью. Имеются мели и острова [1].

Долины рек западного склона Урала характеризуется, в основном, двухъярусным строением. Более молодые глубокие и узкие долины врезаются в днище древних широких и плоских долин, сформировавшихся в неогене. Транзитные участки рек Уфимского плато имеют каньонообразные долины, врезанные в него на 150 – 200 м. В низовьях реки Белой в результате чередования нескольких циклов глубоких врезов нижние террасы перекрыты мощной толщей аллювиальных отложений, которые отличаются большой водоносностью.

Многие реки Урала в верховьях в настоящее время меандриурют по дну древних долин, приуроченных к днищам межгорных депрессий. Одной из характерных особенностей является наличие продольных участков долин в сочетании с поперечными, где реки прорезают хребты, в основном, в широтном направлении. В соответствии с этим речная сеть приобретает коленчатый и зигзагообразный характер. В то же время, реки, текущие в часто заболоченных долинах шириной до 5-12 км, в межгорных котловинах имеют вид равнинных рек (например, река Белая выше г. Белорецка).

Широтные отрезки речных долин сформировались в результате позднейшего поднятия Урала, местами имеют вид ущелий с отвесными скалами. Течение рек здесь стремительное, русла порожистые. Долины некоторых рек совпадают с ложем древних водотоков. В соответствии с этим они отличаются наличием значительных толщ аллювиальных отложений.

Бассейны рек, расположенные на восточном склоне Урала, в пределах республики характеризуются общим простиранием в восточном, южном и юго-восточном направлениях (реки Уй, Миасс, Малый и Большой Кизил, Уртазымка, Таналык, Сакмара). Гидрографическая сеть наиболее развита в пределах восточных склонов Южного Урала, в то время как к востоку и юго-востоку, в связи с нарастанием засушливости климата, она разрежена.

Долина реки Урал отличается наличием нескольких террас. Первая терраса имеет высоту около 3 м, местами достигает 5 км ширины, изобилует озерами и старицами. Вторая и третья террасы обнаруживаются лишь на отдельных участках. При выходе их гор в районах с грядово-мелкосопочным рельефом долины рек отличаются более сложным строением. Обнаруживается отсутствие эрозионных террас при наличии аккумулятивных.

Реки, формирующиеся в пределах Зилаирского плато, более водообильны. Главным водотоком здесь является река Сакмара (с притоками Крепостной Зилаир и Урман-Зилаир). Имея черты достаточно четко выраженной горной реки в верховьях, в низовьях река Сакмара характеризуется равнинным течением, долина слабо выражена, течение медленное, русло в меженные периоды неглубокое. Это характерно также для рек Касмарка, Большой Ик, стекающих также с Зилаирского плато, а также реке Салмыш, берущей начало в пределах Общего Сырта [1].

Останавливаясь на гидрографии отдельных речных бассейнов, отметим, что основной водной артерией Башкортостана является река Белая (Агидель) . Такое название она, по-видимому, получила за светлый, беловато-серебристый цвет воды. Река Белая берёт начало в пределах восточного подножья хр. Аваляк, в 4 км от деревни Ново-Хусаиново Учалинского района с координатами 54° 33' СШ и 59° 01' ВД. Она впадает в р. Каму на 177 км выше её устья, является одной из крупных её притоков, как по длине, так и по водности.

Длина реки 1430 км, площадь водосбора 142 тыс. км² , средний уклон 0,00039. В пределах всего бассейна реки насчитывается 12725 притоков общей длиной 57366 км, из них 11731 длиной менее10 км, 11 рек имеют длину более 200 км.

В бассейне реки Белой насчитывается около 2720 озёр общей площадью зеркала приблизительно 428 кв. км.

Следует заметить, что часть бассейнов рек Уфа и Дёма (основных притоков реки Белой) находится за пределами Башкортостана. В соответствии с этим как количество рек, озёр, так и их общие площади по территории республики несколько меньше. Так, по оценкам, осуществлённым с использованием справочного издания "Ресурсы…" (1966), в пределах Башкортостана к бассейну указанной реки относятся 724 притока длиной более 10 км и 243 озера площадью более 0,1 км² , суммарная площадь зеркала которых составляет около 100 км² .

Бассейн отличается резкой асимметричностью, правобережная часть почти вдвое больше левобережной. Густота речной сети в пределах бассейна р. Белой в зависимости от особенностей физико-географических условий изменяется в значительных соотношениях. Как было показано ранее, наибольшие значения этого показателя, достигающие до 0,6 – 0,7 км² , приходятся на увлажнённые поверхности западных хребтов Южного Урала (верховья рек Большой и Малый Инзео, Зилим, Нугуш, восточная часть широтного колена реки Белой). Достаточно высокие значения (0,4-0,5 км / км² ) характерны также для верховьев рек Ай, Юрюзань, а также участков, соответствующих перечисленным ранее рекам, непосредственно примыкающим к выделенному региону. По мере передвижения в северном и западном направлениях обнаруживается последовательное снижение значений. В соответствии с этим как в пределах Уфимского плато, так и обширного пространства Камско-Бельского понижения наблюдаются наименьшие величины (0,2-0,3 км / км² ). В то же время на первом участке этому способствует повсеместное распространение карстовых образований, на втором – защищенность территории от западных воздушных масс в свзяи с наличием Бугульминско-Белебеевской возвышенности, а также неизменный характер местности. Небольшое увеличение значений густоты речной сети (до 0,4 км / км² ) происходит на западе в пределах участков, примыкающих к вышеуказанной возвышенности. Это характерно также для бассейна реки Быстрый Танып (правого притока реки Белой в низовьях), что преимущественно связано с большей увлажненностью территории и отсутствием карстовых образований (0,4-0,5 км / км² ).

По общему характеру течения река Белая может быть разделена на 3 характерных участка: 1) от истока до поселка Ира; 2) от поселка Ира до устья реки Уфа; 3) от устья реки Уфы до устья самой реки Белой [1].

На первом участке река имеет явно выраженные черты горного водотока, протекающего на юг по межгорной долине. В последующем она прорывает цепь горных образований, образуя широтное колено (от села Старосубхангулово до поселка Ира). Долина реки в верховьях трапецеидальная, местами V-образная и ящикообразная. В пределах г. Белорецка (1320 км от устья) русло реки перегорожено земляной плотиной. Строительство этого пруда относится к периоду горнозаводского освоения Урала (1752 г.). Поэтому он является одним из старинных искусственных водных объектов республики.

На этом участке река Белая принимает многочисленные притоки: Авняр, Нура, Северный Узян, Кухтур, Кага, Авзян, Иргизла и другие. Высокая лесистость водосборов в условиях хорошей увлажненности местности способствует развитию довольно густой сети рек, характеризующихся высокой водностью в меженные периоды.

К концу участка средняя ширина меженного русла достигает до 100 м, глубина на плесах – от 1 до 2,5 м и на перекатах уменьшается до 0,2 м. Скорость течения воды в русле во время весеннего половодья превышает 2,5 м/сек, а в межень на плесах снижается до 0,5 м/сек.

Второй участок имеет протяженность около 390 км. При выходе из гор река резко меняет направление на север. При этом существенно изменяется и ее морфометрия, гидрологический режим, характер берегов и строение русла. Здесь река Белая приобретает черты типично равнинной реки с небольшими уклонами, сильно развитой боковой эрозией и незначительными скоростями в межень. Долина постепенно становится широкой, пойменной, с обилием озер и стариц. Ее ширина к городам Мелеуз и Стерлитамак достигает 7-8 км.

На этом участке она принимает притоки Мелеуз, Большой Нугуш, Ашкадар, Зиган, Зилим, Сим, Кармасан, Уршак и др.

Ширина меженного русла до впадения реки Сим колеблется в пределах от 100 до 300 м. Глубина на плесах в межень выше устья реки Сим достигает до 2 м, на перекатах – 0,25-0,60 м. Ниже по течению эти характеристики соответственно достигают до 3-4 м и 0,5-0,6 м. Скорость течения водного потока во время весеннего половодья увеличивается до 2 м/сек, в межень – 0,7 м/сек.

Третий участок имеет протяженность около 490 км. Здесь река Белая принимает самый большой приток – реку Уфу, становится шире и многоводнее. Средняя ширина увеличивается до 400 м, в то же время имеются и характерные сужения: "Соловьиное горло" у г. Бирска и "Гусиное горло" у г. Дюртюли. На этих участках ширина реки не превышает 100 м.

Средняя глубина в межень на плесах достигает до 5 м, на перекатах – от 0,1 до 1,5 м. Средний уклон является наименьшим по всей речной сети (0,00006); скорость течения во время весеннего половодья достигает до 1,7 м/сек, а межень не превышает 0,6-0,8 м/сек.

Долина реки широкая, неярко выраженная. Склоны в основном очень пологие, постепенно сливаются с окружающей местностью. На поймах имеется большое количество озерно-болотных комплексов, имеющих важное буферное и водохозяйственное значение. Наиболее крупными притоками, кроме реки Уфа, являются реки Дема, Кармасан, Чермасан, Бирь, Быстрый Танып, База, Сюнь и др [1].

Река Уфа (Караидель) является второй по величине рекой Башкортостана. Она впадает в реку Белую выше г. Уфы на 487 км от ее устья, огибая территорию столицы республики с восточной и юго-восточной сторон. Таким образом, участок, расположенный между руслами рек Белой и Уфы в пределах города, называется "уфимским полуостровом".

Река берет начало на северо-восточном склоне горы Юрма, вытекая из небольшого озера "Уфимское" в Челябинской области.

Длина реки 918 км, площадь водосбора – 53 100 км² . Насчитывается 285 притоков длиной менее 10 км, непосредственно впадающих в нее, общая длина которых достигает 863 км.

Почти половину своего пути река Уфа проходит за пределами Башкортостана – в начале по территории Челябинской области, а затем – Свердловской области. На своем пути неоднократно меняет свое направление: в пределах верхнего течения имеет преимущественно северную, северо-западную ориентацию; в Свердловской области в виде полукруга огибает ряд южных ее районов, в дальнейшем приобретая общее юго-западное и южное направление.

Долина реки в верховьях, в основном, трапецеидальная, местами V-образная, что зависит от среднегодового рельефа местности. В пределах Уфимского плато она узкая, с крутыми и высокими склонами. На этом участке на 170 км от устья в 1961 году построено Павловское водохранилище с ГЭС. Нижнее течение реки от села Красная Горка располагается в пределах Прибельского понижения. Ширина русла местами достигает до 400 м. Извилистость реки небольшая, коэффициент извилистости в среднем составляет 1,7.

В пределах Башкортостана река принимает притоки: Ай, Тюй, Юрюзань, Урюш, Салдыбаш, Уса, Изяк, Белекес, Таушка и др.

Река Ай является одним из крупных притоков реки Уфы. Она берет начало из болота Клюквенное, расположенного на стыке хребтов Аваляк, Уреньга, впадает в реку Уфу слева на 382-м км от устья. Длина реки 549 км. Общее падение от устья до наиболее удаленной точки речной системы составляет 714 км, средний уклон 1,3 %, средневзвешенный уклон 0,6 %. Площадь водосбора 15 000 км² , густота речной сети 0,44 км/ км² . Средняя высота бассейна реки 415 м.

Основными притоками являются реки Куса, Большая Арша, Большая Сатка, Киги, Большой Ик и Ик.

По особенностям строения долины и русла реки Ай можно выделить 4 участка: 1) исток – г. Златоуст; 2) г. Златоуст – устья реки Лаклы; 3) устье реки Лаклы – устье реки Ик; 4) устье реки Ик – устье самой реки Ай.

На первом участке долина реки хорошо выражена, шириной до 1,3 км. Склоны асимметричные. Крутизна левого, более высокого, склона в верхней части достигает до 22-25° (местами до 35°), в то время как у подножия не превышает 2-3°. Правый склон в целом более пологий – до 10-15°, рассечен глубокими долинами рек. Вершины склонов каменистые, ниже распространены хвойные леса [1].

Пойма двусторонняя. Ее ширина изменяется в пределах от 40 до 200 м, имеется значительное количество стариц. Обнаруживается обильное выклинивание грунтовых вод.

Русло реки умеренно извилистое, шириной на перекатах до 8-10 м, глубиной – 0,3-0,4 м; скорость течения в среднем составляет 0,4-0,6 м/сек. На плесах его ширина увеличивается до 25-30 м, глубина 1-2 м, скорость течения при этом уменьшается до 0,1-0,2 м/сек.

Дно песчано-гравелистое (на перекатах), илистое (на плесах), засоренное. Берега обрывистые, высотой 0,6-1,5 м.

В пределах второго участка долина в основном V-образная. Ее ширина местами достигает до 1,4 км. Высота склонов по долине реки снижается от 120-250 м до 40-100 м. На этом участке река принимает притоки, долины которых также V-образные. У подножия обнаруживается выклинивание грунтовых вод. Местами имеются террасы, покрытые смешанным лесом или распаханные.

Пойма двусторонняя. В зависимости от простирания склонов она изменяется в пределах от 30 до 600 м. Встречаются старицы. В условиях активизации хозяйственной деятельности человека и развития эрозионных процессов заметны процессы заиления отдельных участков.

Русло в основном неразветвленное, извилистое. Ширина на перекатах 20-60 м, глубина 0,2-0,3 м, скорость течения 0,8-2 м/сек. На плесах она достигает до 50-60 м, средняя глубина – 0,5-0,9 м, скорость течения – 0,2-0,5 м/сек. Берега обрывистые, высотой до 1,5-6 м. Рельеф местности, соответственно уклоны и параметры русла способствуют образованию ряда островов. Дно галечно-гравелистое, местами выложено крупным обломочным материалом.

Третий участок характеризуется трапецеидальной, местами языкообразной формой долины. Ее ширина колеблется в пределах от 1,8 км до 10 км. Высота склонов достигает до 450 м. Они рассечены неглубокими балками и долинами притоков.

Пойма двусторонняя, местами явно выражена. Ее ширина достигает до 1,5-2 км. Поверхность ровная, местами умеренно пересеченная. Во время высокого половодья и паводков она затапливается на глубину до 1-2 м.

Русло неустойчивое и извилистое, шириной до 40-70 км. Глубина на перекатах около 0,6 м, скорость течения 0,6-1,8 м/сек; на плесах – 1,3-2 м, скорость течения снижается до 0,2-0,6 м/сек. Дно песчано-гравелистое и галечное. Берега русла впалые, до 3-4 м и более, в основном оголенные. На этом участке реки также имеется значительное количество островов.

Четвертый участок в верхней части характеризуется ящикообразной формой долины, которая ниже приобретает V-образный вид, шириной в среднем 1-3 км. Склоны долины невысокие (до 30-40 м), крутые и слабокрутые. Они местами пересечены балками, логами и долинами притоков [1].

Пойма двухсторонняя, шириной в среднем 0,5-1,5 км. Ее поверхность слегка волнистая, пересечена старицами. Русло шириной до 60-80 м, извилистое, местами разветвленное. Берега крутые, высотой от 2 до 9 м. Глубины реки в основном колеблются в пределах 0,8-2 м, наибольшая глубина достигает до 5-6 м. Средняя скорость течения реки 0,6 м/сек. Дно песчано-галечное, местами галечно-каменистое.

Река Дема является вторым по величине притоком реки Белой. Она представляет собой типичную равнинную реку, пересекающую степную и лесостепную зоны. Берет начало в пределах юго-восточной периферии Белебеевско-Стерлибашевской возвышенности, где начинаются и другие водотоки: реки Салмыш, Ашкадар, Тятерь и другие. Протекая в верховьях в юго-западном направлении на небольшом участке в пределах Башкортостана, в последующем течении оказывается в Оренбургской области. Образуя дугообразный виток, она снова попадает на территорию республики. Преодолев большое расстояние, впадает в реку Белую в 475 км от устья слева в районе г. Уфы.

Общая длина реки 535 км, из которых 420 км находятся в границах Башкортостана. Площадь водосбора 12 800 км² . Она принимает 79 притоков длиной более 10 км, общей длиной 298 км. В бассейне реки насчитывается 415 озер, общая площадь которых составляет 34,7 км² . В их числе озеро Аслыкуль является самым большим озером Башкортостана.

Основная часть бассейна реки лежит в пределах Бугульминско-Белебеевской возвышенности с отметками в пределах 3600-400 м. Северо-восточная часть представляет собой низменную равнину. Широко распространены отложения известняков, доломитов, гипсов, ангидритов.

Долина в верховьях V-образная, ниже – трапецеидальная и слабо выраженная. Ширина ее увеличивается вниз по течению реки от 0,2-0,3 км до 4-5 км и более. Крутизна склонов в этом направлении понижается от 20-30° до 6-8°. Они значительно расчленены долинами притоков и овражно-балочной сетью. Склоны долины в основном распаханы. В бассейне реки развиты карстовые образования.

Пойма двусторонняя, местами прерывистая, шириной от нескольких десятков метров (в верховьях) до нескольких километров (в низовьях). Ее поверхность ровная, занята местами кустарниковой и древесной растительностью. Распространены многочисленные озерно-болотные комплексы. Грунты поймы суглинистые, песчано-галечные, в пределах нижнего участка – песчаные.

Русло умеренно извилистое и извилистое, разветвленное. Его ширина в верховьях 5-20 м, в низовьях 40-50 м.

Наблюдается чередование перекатов и плесов.

Глубина изменяется от 0,6 до 4 и более метров, скорость течения колеблется в пределах 0,3-1,5 м/сек. На реке имеется значительное количество островов [1].

Река Большой Нугуш берет начало на восточном склоне горы Лиственной (высотой 885 м) и в 7 км к востоку от д. Кукашки Белорецкого района, впадает в реку Белую на 837-м км от устья. Длина реки 235 км, общее падение от истока до устья 540 м, средний и средневзвешенный уклоны соответственно составляют 2,3 % и 2,1 %. Площадь водосбора 3820 км² , густота речной сети 0,65 км / км² . Его средняя высота 487 м.

Основными притоками являются: реки Бретяк, Малый Нугуш, Кужа, Урюк, Тор.

Бассейн реки характеризуется горным рельефом. Грунты в горах скальные, ниже – глинистые и суглинистые. Имеются районы распространения известняков и связанное с ними распространение карстовых явлений.

Долина V-образная шириной до 500-600 м. Склоны в основном крутые, достигают высоты до 300-400 м.

Пойма двусторонняя, умеренно пересеченная. По ходу движения реки она увеличивается от 80-100 м до 0,9-1 км.

Русло реки извилистое, слабо разветвленное, шириной от 5-20 м в верховьях – до 60-100 в низовьях. Средняя глубина в средней части реки достигает 0,5-0,8 м, наибольшая – 3,5 м. Скорость течения на плесах небольшая (0,2-0,6 м/сек), в то время как на перекатах она достигает 1-1,5 м/сек. Дно реки каменистое и песчано-галечное. Берега крутые, высотой 7,8-9м и более. Местами встречаются обрывистые участки.

На выходе из гор юго-восточнее хр. Баш-Алатау в 1966 г. построено Нугушское водохранилище, основным назначением которого является зарегулирование речного стока и улучшение условий водоснабжения промышленных предприятий городов Салавата и Стерлитамака.

Река Ашкадар берет начало примерно в 2-х км к западу от д. Ижбуляк Федоровского района, впадает в реку Белую слева на 743 –м км от устья в пределах г. Стерлитамака. Длина реки 165 км. Общее падение реки составляет 271 м, средний и средневзвешенный уклоны соответственно составляют 1,6 % и 0,8 %. Площадь водосбора 3780 км² . Средняя высота бассейна реки 253 м.

Основными притоками являются: реки Мал. Балыклы, Кундряк, Сухайля, Стерля.

В верховьях бассейн реки располагается в пределах юго-восточной периферии Бугульминско-Белебеевской возвышенности. Здесь же берут начало левые притоки: Кундряк, Стерля. Основная часть бассейна располагается в пределах низменной равнины.

Долина реки в верховьях V-образная, ниже неясно выраженная и местами трапецеидальная. Ее ширина по течению реки постепенно увеличивается от 0,2 до 4,4 км. Уклоны склонов в верховьях местами достигают до 20-30°, ниже – 6-8°. Склоны значительно расчленены долинами притоков и овражно-балочной сетью, сильно распаханы.

Пойма развита с обеих сторон, местами прерывистая. Ее ширина увеличивается от нескольких десятков метров в верховьях до 4,2 км к устью. Поверхность ровная, покрыта, в основном, луговой растительностью, встречаются заболоченные участки. Грунты поймы суглинистые, песчано-галечные и песчаные [1].

Русло реки отличается умеренной извилистостью, местами разветвленное, шириной 5-20 м в верховьях и 25-30 м в низовьях. Глубина по перекатам и плесам изменяется в пределах 0,6-3,8 м, скорость течения при этом снижается от 1,4 м/сек до 0,1 м/сек. В пределах г. Стерлитамака руслом реки Ашкадар служит старица реки Белой (Мокрая прорва). Берега реки крутые (местами обрывистые), высотой до 2-3 м. Они сложены в суглинистых и супесчаных грунтах, отличаются неустойчивостью.

Река Инзер берет начало в пределах юго-восточного подножия хр. Кумардак, с противоположной стороны которого находится исток реки Юрюзань. Расстояние между ними на этом участке не превышает 5 км. Имея противоположные направления течения, одна из них устремляется на юго – юго-запад, другая - на северо – северо-восток, сохраняя такую ориентацию на значительном протяжении. Река Инзер впадает в реку Сим (слева) в 6,2 км от устья. Ее длина 307 км, общее падение от истока до устья 937 м, средние и средневзвешенные уклоны составляют соответственно 3,1 % и 1,9 %. Площадь водосбора 5380 км² , густота речной сети 0,59 км / км² , средняя высота водосбора 533 м.

Основными притоками этой реки являются: реки Сюрюзяк, Малый Инзер, Тюльмень, Ба-Су, Аскин.

Территория характеризуется горным рельефом, чередующиеся хребты отдалены друг от друга широкими межгорными понижениями.

По особенностям строения долины и русла выделяют три участка: 1) исток - устья реки Сюрюзяк (68 км); 2) устье реки Сюрюзяк – устье реки Малый Инзер (102 км); 3) устье реки Малый Инзер – устье самой реки Инзер (137 км).

Первый участок в верхней части окаймлен высокими хребтами: с запада хр. Кумардак, Машак, Юша. Между хребтами Машак и Юша располагается гора Ямантау, самая высокая вершина Башкортостана (1640 м). На востоке располагается цепь горных образований высотой в пределах 819-1161 м. Долина здесь в основном широкая (до 3-5 км). Пойма в верховьях отчетливо не прослеживается, ниже – двусторонняя, прерывистая. Русло умеренно извилистое, в верховьях шириной 1,5 м, ниже – около 20 м. Берега крутые и обрывистые. Нижняя часть участка отличается более пологими берегами, с пляжами, высотой 1-2 м. Характерно наличие значительного количества островов. Глубины на плесах достигают до 0,7-3,7 м, на перекатах – 0,1-2,9 м. Наибольшая скорость достигает 2 м/сек. Дно в верховьях загромождено валунами, ниже галечно-каменистое [1].

В пределах второго участка долина V-образная. Она глубоко врезана, узкая и извилистая. Ее ширина на участке не превышает 0,4-1,7 км. Склоны характеризуются различной крутизной, высокие. Распространены карстовые формы рельефа (пещеры, трещины, пустоты и др.). На склонах местами простираются террасы. Пойма реки двусторонняя, ширина не превышает 0,2-0,3 км. Имеются заболоченные участки и старицы. Русло извилистое, берега устойчивые, крутые, высотой до 1,5-2,5 м. Ширина реки до устья реки Малый Инзер не превышает 40 м. Глубины колеблются в пределах от 0,5-0,6 м (на перекатах) до 2,4-2,9 м (на плесах). Скорость течения в меженные периоды небольшая: на плесах 0,3-0,4 м/сек, на перекатах – не более 0,5 м/сек. По дну русла распространен обломочный материал.

На третьем участке долина в начале V-образная, узкая, ниже приобретает ящикообразное очертание. Ее ширина по длине участка увеличивается от 0,1 до 0,3 км. Склоны развиты на скальных породах, крутые, высокие, имеются обрывистые участки. Отдельные участки террасированы, обнаруживаются выходы подземных вод, в том числе у д. Ассы имеются минеральные источники. Пойма, в основном, двусторонняя, асимметричная, шириной в пределах 1-2 м. При последовательном чередовании перекатов и пляжей глубины изменяются в пределах 0,3-6,3 м, скорость течения соответственно – 2,8-0,1 м/сек. Дно в верхней части участка галечно-каменистое, нижней – песчано-галечное и ровное. Берега крутые и обрывистые, высотой до 2-7 м.

Река Уршак берет начало в Стерилбашевском районе из родника к юго-западу от д. Ирекле. Она впадет в реку Белую слева на 504-м км от устья. Ее длина 193 км, при этом образуется общее падение, равное 295 м, средний уклон 1,5 % и средневзвешенный уклон 0,5 %. Площадь водосбора достигает 4230 км² , густота речной сети небольшая (0,24 км / км² ), средняя высота 198 м.

Основными притоками являются: реки Мокрый Кызыл, Кызыл, Так-Елга, Аургаза, Кизяк, Узень, Штиле.

Рельеф водосбора характеризуется слабой холмистостью, сложен местами известняками, гипсами, перекрытыми песчано-глинистыми грунтами.

По морфометрии водосбора, особенностям строения долины, поймы и русла можно выделить два участка: 1) исток – устье реки Аургазы; 2) устье реки Аургазы – устье самой реки Уршак.

На первом участке в верховьях долина преимущественно V-образная, ниже – трапецеидальная и ящикообразная. Ее ширина не превышает 1,5 км, крутизна склонов колеблется в пределах 5-20°, высота – 30-65 м. Склоны рассечены оврагами и балками.

Пойма переменная, умеренно-пересеченная. Местами встречаются заболоченные участки, ее ширина изменяется от 0,2-0,3 км до 0,8 км. Русло реки извилистое, шириной от 2-4 м до 30-40 м. Глубины по перекатам и плесам изменяются от 0,1-0,5 м до 2-3 м. Скорость течения при этом изменяется в пределах 0,3-0,7 м/сек. Берега реки высотой 0,6-4,0 м, крутые, местами обрывистые [1].

В связи с чрезмерным влиянием хозяйственной деятельности человека происходит постепенно снижение базиса эрозии русла реки. При этом образуются резкие перепады высот, временные водопады, перемещающиеся вверх по руслу реки.

На втором участке долина реки трапецеидальная, асимметричная. Склоны крутые и умеренно крутые, рассечены оврагами и балками. Пойма двусторонняя, также асимметричная, средней шириной около 1,5 км, на ней распространены старицы. Русло реки извилистое, шириной от 20 до 60 м. Характерно чередование различных по ширине участков глубинами от 0,4 до 5,6 м. Скорость течения при этом изменяется в пределах от 0,3 до 1,0 м/сек. Берега крутые, высотой до 3 – 5м. Дно илисто-песчаное и илистое.

Река Кармасан протекает в районах, характеризующихся сильной освоенностью территории. Она начинается из родника в 3 км юго-западнее с. Благовар Чишминского района, впадает в р. Белую на 387-км от устья. Длина реки 128 км, общее падение русла по водной поверхности 154м. При этом образуется средний уклон, равный 1,2%, средневозвышенный уклон составляет 1,1%. Площадь водосбора этой реки 1780 км² , густота речной сети небольшая (0,3 км\ км² ). Средняя высота водосбора 161 м.

Основными притоками являются: рр. Баткак, Табульдак, Каряка, Сикиязка, Мишида. Водосбор характеризуется волнистым рельефом. В нижней её части широко распространены гипсы и известняки, в связи с чем развиты карстовые явления (провалы, воронки).

Долина реки преимущественно прямая, местами трапецеидальная или неясно выражена. Склоны пологие, пересечённые.

Пойма преимущественно двусторонняя, низкая, ровная и умеренно пересечённая, шириной от 2, 3 – 0,3 км до 0,8 км.

Русло извилистое, слабо разветвлённое, имеются острова. Перекаты часто чередуются плесами. Глубины при этом изменяются в пределах от 0,2 – 0,3 м до 3,5 м, скорость течения – 0,3 – 1 м/сек. Ширина реки от верховьев к низовьям изменяется в пределах 1 – 12 м на перекатах и 2 – 35 м на плесах. В течение последних десятилетий в связи с активной хозяйственной деятельностью человека на водосборе и вырубками лесов обнаруживается снижение базиса эрозии русла реки. При этом образуются обрывистые берега высотой до 3 – 4 м и более, формируются временные водопады. Дно русла песчано-илистое, местами песчано-галечное.

Река Урал берёт начало на восточном склоне хребта Уралтау, течёт к юго-западу, затем к юго-востоку, пересекает зону хребта Крыктытау и попадает в мелкосопочную область, устремляясь далее к югу в понижение между системой хребтов Ирендык-Крыктытау и Тоболо-Уральским водоразделом.

Гидрографическая сеть наиболее развита в верхней части бассейна р. Урал. Она течёт по территории республики на протяжении 130 км [1].

Правые притоки р. Урал – Бирся, Миндяк, берущие начало на восточном склоне Уралтау, текут в древней долине дочетвертичного возраста. Южнее р. Миндяк в той же долине текут в разных направлениях (одна к северу, другая – к югу) реки Малый Кизил, которые затем поворачивают к востоку и, прорывая хребет Крыктытау, впадают в р. Урал.

Южнее р. Большой Кизил древняя долина между хребтами Уралтау и Ирендык перехватывается рекой Сакмарой, которая берёт начало на склоне Уралтау, течёт на юг, а затем поворачивает на запад, что связано с погружением горных сооружений. Таким образом. Речная сеть в бассейне р. Урал в своих деталях обнаруживает тесную связь с геологическим строением.

Наиболее простым строением речные долины характеризуются в верховьях рек в пределах средневысотных возвышенностей. Здесь они нешироки, извилисты, плоскодонны: склоны их асимметричны вследствие неодинакового размыва рекой. Почти на всём протяжении долина сопровождается высокими эрозионными террасами.

Значительно сложнее строение долины при выходе их в районы с грядово-мелкосопочным рельефом. Здесь эрозионные террасы отсутствуют, но часто хорошо развиты три аккумулятивные террасы высотой 6 – 12, 2 – 3, 1,5 м над уровнем реки. При пересечении реками зоны хребтов Крыктытау и Ирендык снова появляются эрозионные террасы.

Более южные правые притоки р. Урал (Бол, Уртазымка и Таналык) текут в зоне общего погружения всей Ирендыкской системы, где грядово-мелкосопочный рельеф (500 – 800 м. абс.) постепенно заменяется к югу мелкосопочником. Долины имеют неоднородное строение, обусловленное переходом от горной складчатой области к равнине. Глубина их вреза постепенно уменьшается, при этом эрозионные террасы рек замещаются аккумулятивными.

Бассейн р. Оби в Республике Башкортостан представлен верховьями рр. Уй, Миасс и их притоками, протекающими в Учалинском районе (приложение 4).

Река Уй берёт начало в 12 км к северо-западу от с. Азнашево, из небольшого болота на высоте 730 м. У подножия трёх гор, входящих в систему хребта Уралтау. Она течёт по территории Башкортостана на протяжении 42 км. Основными притоками в пределах республики являются рр. Юмаза, Шардатла, Кизникей, Краснохты, Асыелга, Шартымка, Агыр и Кидыш. Кроме перечисленных река принимает ряд других притоков длиной до 10 км. Мелкие притоки являются временно действующими.

Долина горная, шириной 0,5 – 2 км. Склоны её выпуклые, местами ступенчатые, высотой 20 – 180 м, преимущественно крутые. В межгорных понижениях она местами слабо выражена.

Пойма шириной 10 – 40 м появляется ниже с. Азнашево, на заболоченных участках (450-ый км и между 441 – 438-м км от устья) прерывистая, переходящая с одного берега на другой. Повышенные прирусловые участки поймы покрыты берёзовым лесом и кустарником.

Русло реки умеренно извилистое, шириной 1 – 30 м. Ниже впадения р. Юмазы появляются песчано-гравелистые луговые острова. На участке от истока до устья р. Юмазы плесы и перекаты чередуются через 20 – 40 м, ниже 50 – 100 м. Преобладающая глубина на перекатах около 0,1 м, на плесах – 0,6 м. Скорость течения 0,5 – 0,6 м/сек., местами до 1 м/сек, на плесах 0,1 – 0,2 м/сек. Берега реки крутые, высотой 0,5 – 5м, поросшие кустарником. Дно русла каменистое или галечно-каменистое [1].

Река Миасс берёт начало из ключа на восточном склоне хр. Нурали, в 11 км к западу от с. Орловка и течёт по территории республики на протяжении 29 км.

Долина реки проходит по днищу геоморфологически выраженной Миасской депрессии и имеет чёткие очертания только у с. Ильчигулово и д. Сулейманово. Склоны пологие (1 - 5°), высотой до 200 м, умеренно расчленённые.

Пойма и русло реки на этом участке почти не выражены. Русло умеренно извилистое, много порогов и водопадов (высотой падения до 1,2 м). Глубины на перекатах меняются от 0,1 до 0,6 м, на плесах – до 0,1 м. Дно реки каменистое.

Левый приток р. Миасс Верхний Иремель (Иремель) берёт начало в ущелье северо-западнее с. Верхне-Иремельское, течёт по границе с Челябинской областью и впадает отдельными ручьями в Иремельское водохранилище в 619 км от устья. Общая площадь водосбора 261 км² , в том числе 207 км² приходится на территорию Башкортостана. Длина реки 29 км, общее падение 225 м, средний уклон 7,8%, средневзвешенный уклон 6,4%, густота речной сети 0,50 км/км² . Речная сеть развита в верхней правобережной части бассейна, т. е. на территории Башкортостана.

Водосбор реки расположен в пределах восточных склонов Южного Урала, характеризующихся наличием скалистых хребтов. Почвы серые и тёмно-серые, горно-лесные. Водосбор почти полностью покрыт лесной растительностью.

Долина реки хорошо выражена, асимметричная, извилистая, ширина её постепенно увеличивается от 0,2 до 2 км. Склоны долины в верхней части крутые, высотой 5 –20 м. Дно имеет ширину до 200 м и более, покрыто луговой растительностью. В нижнем течении склоны долины пологие, поросшие хвойным лесом. Дно долины здесь местами заболочено.

Пойма до 17-го км от устья отсутствует, ниже достаточно отчётливо проявляется, поверхность (шириной до 30 м) ровная, открытая, местами заболоченная.

Русло извилистое, шириной 1 – 6 м, с каменистым, местами заиленным или песчано-галечным дном, засорённое. Глубины реки колеблются от нескольких сантиметров до 2 – 3 м, скорость течения изменяется в пределах 0,2 – 0,9 м/сек. Берега русла крутые, высотой до 3 м [1].

1.1.2 Речной сток

Речной сток любой территории представляют собой расходную часть водного баланса, характеризуется перемещением воды в процессе Мирового влагооборота в виде стекания по речному руслу. На водосборе, кроме речного стока, наблюдаются также склоновый и подземный стоки. В свою очередь, склоновый и русловый стоки называются поверхностным стоком .

Анализ пространственной и временной изменчивости руслового (речного) стока, отражает присутствие важного гидролого-географического показателя, определяющего количество водных ресурсов в водных объектах, а также их экологическое и водохозяйственное значение. Таким образом, он представляет собой количество воды, протекающее в русле за какой-либо промежуток времени [1].

В практике гидрологических и водохозяйственных расчётов выделяются: слой, модуль, объём стока, а также расходы (срочные, среднесуточные, среднемесячные, среднегодовые, максимальные, минимальные и др.) воды.

Слой стока – это количество воды, равномерно распределённой по площади (в мм) водосбора за определённый промежуток времени.

Модуль стока отражает количество воды, стекающей с единицы площади водосбора за единицу времени, выражается в л /сек км² . Показатели слоя и модуля стока независимы от площади водосбора, потому их удобно отражать на картах в виде изолиний.

Расход воды представляет собой количество воды, протекающей через живое сечение русла (потока) за единицу времени, выражается в л /сек. (или куб. м/ сек.).

Объём стока - это количество воды, протекающей через расчётный створ за определённый промежуток времени. Между расходом (Q) и объёмом (W) воды, протекающей за какой-либо период времени (t),существует связь, которая выражается в виде:

W = Q · t.

Следует отметить, что показатели расходов и объёмов воды по любому расчётному створу (или территории) отражают величины водных ресурсов, потенциально возможных для использования в хозяйственных целях. В ряде случаев в практике водохозяйственных расчётов к водным ресурсам территории относят запасы поверхностных и подземных вод, понимая при этом величину годового стока. Однако любой водный объект в природе, в том числе и реки, представляют собой не только то или иное количество имеющейся воды. Они образуют неотъемлемую часть ландшафта, а количественные и качественные характеристики природных вод жизненно необходимы живым организмам, в том числе гидробионтам, представленным различными видами, группами и классами, обитающими в водных объектах. Таким образом, при таком подходе под природными водными объектами следует понимать аквальные комплексы, сформировавшиеся на суше в определённых физико-географических условиях в результате аккумуляции воды и характеризующиеся специфическими особенностями. Они представляют собой открытую систему, состоящую из абиотических компонентов и биоты. Абиотические факторы (солёность, прозрачность, температура, количество воды, наличие растворённого кислорода газов и др.), а также их изменчивость во времени являются предпосылкой для развития в них соответствующих экосистем, состоящих в целом из сообщества живых организмов и среды их обитания, объединённых в единое функциональное целое. Целостность в них формируется на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами.

Исходя из этих точек зрения, в реках следует выделять (в составе речного стока) экологические (максимальные и минимальные) расходы воды, а также естественные эксплуатационные ресурсы. При этом следует понимать, если экологические расходы необходимы для сохранения экосистем, то естественные эксплуатационные расходы воды, как разница между общими показателями стока и экологическими расходами воды, могут быть использованы в хозяйственных целях без существенного ущерба водным экосистемам.

Наблюдения по рекам РБ заметно дифференцируются. Так, если большие и средние реки обеспечены надежной гидрометрической сетью и продолжительностью наблюдений, то на малых реках функционируют лишь единичные посты.

В пределах Башкортостана первые гидрометрические наблюдения организованы на реке Белой: у г. Уфы в 1877 г., у г. Бирска и с. Андреевки – 1880 г. На реках Ашкадар (г. Стерлитамак), Уфа (с. Караидель, пгт. Красный Ключ) и Сим (г. Аша) водомерные посты действуют соответственно с 1911, 1912, 1914 гг. Из значительного количества станций и постов, действовавших в различное время, наиболее продолжительные ряды наблюдений имеются по рекам Урал, Сакмара, Бол. Ик, которые в совокупности с сетью наблюдений и на остальных притоках позволяют раскрыть особенности гидрологического режима рек с достаточной надежностью [1].

1.2 Анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан

1.2.1 Водохранилища: общие положения, типы и параметры

Водохранилищем называется искусственный водоем, образованный водонапорным сооружением в целях хранения воды и регулирования стока специальными сооружениями. Общий объем водохранилищ мира составляет примерно 6000 км³ . Общее их число достигает 30 тыс. Ежегодно появляется до 500 новых водохранилищ.

Наиболее важные особенности водохранилищ: их следует рассматривать как сложные природно-технические комплексы; они воздействуют на окружающую среду с возможными как благоприятными, так и неблагоприятными последствиями; им присущи все наблюдаемые внутриводоемные процессы – гидрологические, гидрофизико-химические и гидробиологические; при них формируются водохозяйственные комплексы (ВХК) – отрасли народного хозяйства, предъявляющие различные, часто противоречивые требования к использованию водохранилищ [3].

Более 30 тыс. водохранилищ земного шара, эксплуатируемых в настоящее время, существенно различаются между собой по параметрам, режимным характеристикам, направлению хозяйственного использования и воздействию на окружающую среду. В основу типизации водохранилищ может быть положен, прежде всего, признак генезиса, указывающий на способ их образования:

· водохранилища в долинах рек, перегороженных плотинами;

· наливные водохранилища;

· зарегулированные озера;

· водохранилища в местах выхода грунтовых вод и в карстовых районах;

· водохранилища прибрежных участков моря и эстуариев [3, 4].

В зависимости от рельефа местности различают водохранилища равнинных, предгорных, плоскогорных и горных областей. В зависимости от геометрических параметров водохранилища подразделяются по объему и площади зеркала (табл. 6) и по глубине: исключительно глубокие (более 200 м); очень глубокие (100-200 м); глубокие (50-99 м); средней глубины (20-49 м); неглубокие (10-19 м); мелководные (менее 10 м). Наиболее глубокие: Нурекское (глубиной около 300 м) и Рогунское ( глубиной более 300 м) [3].

Таблица 1 - Классификация водохранилищ по размерам

Водохранилища могут быть в виде крытых резервуаров, открытых бассейнов типа прудов-копаней, лиманов, и водоемов, образованных плотинами. Крытые резервуары, открытые бассейны и лиманы обычно отличаются незначительным объемом. Плотинные водохранилища отличаются значительным объемом и возможностью сезонного и многолетнего регулирования стоков.

Водохранилище плотинного типа имеет следующие элементы: плотина, водозаборные сооружения для изъятия необходимого количества воды, водосбросные устройства для сбросов излишков воды, устройства для промыва насосов при значительном количестве последних [5]. Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи накопленной воды – сработкой водохранилища. Высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени, называется нормальным подпорным уровнем (НПУ). На нормальный подпорный уровень рассчитываются как сооружения инженерной защиты, так и все промышленные, транспортные и другие сооружения, располагающиеся на берегах водохранилища. Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным, а находящийся ниже УМО, называется мертвым. При паводке редкой повторяемости (раз в сто, тысячу или десять тысяч лет), уровни воды на всем водохранилище и у плотины повышаются, увеличивая его объем иногда на значительную величину. Одновременно увеличивается пропускная способность гидроузла. Подъем уровня выше НПУ в период прохождения высоких половодий редкой повторяемости называется форсированием уровня водохранилища, а сам уровень – форсированным подпорным (ФПУ), или катастрофического паводка [4].

Для выполнения водохозяйственных расчетов требуется наличие топографической (кривая зависимости площадей зеркала водохранилища от его наполнения), объемной и экономической (изменение стоимости водохранилища с изменением глубины) характеристик водохранилища, составляемых после окончательного определения местоположения плотины [6].

Водохранилища Республики Башкортостан

В настоящее время реки республики характеризуются достаточной зарегулированностью. Преимущественным назначением существующих водохранилищ и прудов является обеспечение потребностей водоснабжения, а также орошаемого земледелия, гидроэнергетики и рыбного хозяйства.

Самыми крупными в республике являются Павловское (объем 1,41 км³ ) и Нугушское (объем 0,4 км³ ) водохранилища комплексного назначения, построенные соответственно на реках Уфа и Нугуш в 1961 г., 1966 г. Существенная зарегулированность стока р. Белой в нижней части обусловлена влиянием Бельского отрога Нижнекамского водохранилища. Водохранилища в основном сезонного регулирования. Степень зарегулированности стока существенно дифференцируется по бассейнам рек, что зависит как от потребностей хозяйственных объектов, так и удобства территорий.

По состоянию на 1 января 2004 г. На территории Республики Башкортостан построены и эксплуатируются гидротехнические сооружения 436 водохранилищ прудов, из них 119 водохранилищ имеют объем более 1,0млн. м³ (таблица 2) .

Таблица 2- Перечень водохранилищ и прудов по состоянию на 01.01.2004 г.

Кроме того, существует значительное количество мелких прудов, построенных хозяйственным способом, но в связи с отсутствием проектов на них, а также почти ежегодным размывом и неравномерным восстановлением их плотин, такие сооружения не регистрируются.

Суммарный объем водохранилищ и прудов достигает 2,43 км³ , общая площадь их водного зеркала – 312,6 км² . Из числа средних по размерам гидроузлов следует привести Буйский (134 млн. м³ ), Слакский (135 млн. м³ ), Хворостянский на р. Таналык (14,2 млн. м³ ), Маканский на р. Макан (9,3 млн. м³ ) и др. Назначение ГТС, в основном, комплексное, в отдельных районах противоэрозионное [1].

1.2.2 Влияние гидротехнических сооружений на режим водотока

Влияние на гидравлический режим водотока

Создание крупных гидроузлов на реках вносит большие изменения в их естественный гидрологический режим. В результате регулирующего действия водохранили

ща 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).

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.

Естественный водный режим реки в нижнем бьефе может быть нарушен также при комплексном использовании водохранилища и отъеме из него более или менее значительных объемов воды для целей ирригации или переброски стока в бассейны других рек. В случае переброски стока из бассейнов других рек в рассматриваемой реке происходит общее увеличение жидкого стока.

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.

Протяженность зоны влияния недельного регулирования может в 3-5 раз превосходить длину зоны влияния суточного регулирования. Колебания уровней и распространение волн суточного регулирования прослеживается на расстоянии нескольких десятков километров. Скорость распространения волн попуска суточного регулирования в нижнем бьефе может достигать 3-4 м/с, скорость перемещения гребня волны в 2 - 4 раза превышать скорость течения. Амплитуды колебания уровней могут достигать нескольких метров, однако обычно они регламентируются с учетом требований водного транспорта и других водопользователей.

Прогнозирование параметров неустановившегося режима в нижнем бьефе (диапазона колебания уровней, скорости течения, протяженности зоны влияния и т.п.) должно выполняться методами матемагического моделирования на основе численного интегрирования одномерных или двумерных уравнений Сен-Венана [7] с учетом морфологических особенностей русла, наличия притоков и их водности, подпора со стороны водохранилища нижерасположенного гидроузла или водоема.

Степень недельного и суточного регулирования мощности ГЭС определяется их местом в энергосистеме и в каскаде, а также требованиями неэнергетических водопользователей к уровням воды в нижних бьефах гидроузлов. На ГЭС, нижние бьефы которых находятся в неподпертом состоянии, в маловодных условиях возможно полное прекращение суточного и недельного регулирования мощности, т.е. переход ГЭС из пиковой зоны графика нагрузки в базовую. При наличии подпора в нижнем бьефе, существенно снижающего размах колебаний уровня воды, ГЭС могут осуществлять более глубокое недельное и суточное регулирование мощности. Оно либо не ограничивается совсем, либо ограничивается незначительно требованиями обеспечения обязательного базового попуска. Во многих случаях при осуществлении суточного регулирования необходимо учитывать, что резкие подъемы уровня нижнего бьефа при одновременном включении нескольких агрегатов ГЭС и значительный размах суточных колебаний неблагоприятны и опасны не только для инфраструктуры нижнего бьефа, но и для населения (в частности, в рекреационный период).

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.

Существенное значение при оценке приемлемости гидравлического режима, обусловленного суточным регулированием мощности ГЭС, имеет направление и скорость течения воды в местах выпусков сточных вод. При этом абсолютно недопустимы ситуации, когда сточные воды, перемещаясь вверх по течению, могут попадать в водозаборы питьевой воды.

Влияние на русловой режим водотока

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 [8]. Трансформация русла влечет за собой изменение связей расходов и уровней воды, характеризовавших отдельные сечения водотока.

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.

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.

В строительный и пуско-наладочный периоды работы гидроузла в русле реки, стесненном перемычками, а затем сооружениями, происходят интенсивные местные деформации, причиной которых являются чаще всего неблагоприятные гидравлические условия пропуска строительных расходов через не полностью построенные водопропускные сооружения, а также незавершенность работ по креплению нижнего бьефа. Объем размыва в русле реки (включая размыв перемычек) может значительно превосходить объем твердого стока, соответствующий транспортирующим возможностям потока в естественном русле. Ниже сооружений поток откладывает большую часть наносов в виде переката, отметки гребня которого постепенно нарастают. По мере затухания процесса местного размыва за сооружениями рост переката замедляется, а его гребень смещается вниз по течению. В ряде случаев этот перекат создает временный подпор на сооружения гидроузла со стороны нижнего бьефа. Со временем подпор уменьшается, что обычно связано с постепенным смывом переката, передвижением вниз по течению зоны отложений и с общим понижением уровней нижнего бьефа.

После завершения или временной стабилизации процесса местного размыва за водопропускными сооружениями начинается постепенный размыв русла нижнего бьефа и перемещение зоны наибольших отложений наносов вниз по течению. На ближайшем к сооружениям участке нижнего бьефа преобладающим видом деформации русла становится размыв. Зона размыва, продвигаясь вслед за зоной отложений, постепенно охватывает все большую длину бьефа, оставляя выше по течению участок более устойчивого, стабилизировавшегося русла, при взаимодействии которого с потоком уже не происходит значительных деформаций дна реки и существенного насыщения потока наносами. Повышение устойчивости русла в этой зоне обусловлено увеличением глубин за счет размыва, снижением скоростей потока и, как следствие, уменьшением подвижности донного материала по сравнению с бытовыми условиями в неразмытом русле.

Характер распространения зоны размыва зависит от уклона реки, геологического строения ее ложа и т. д. [9]. При малых уклонах реки, не очень больших скоростях течения, больших скоплениях аллювия (в том числе в виде островов, побочней и тому подобных русловых образований) общий размыв в длину развивается сравнительно медленно. Поэтому даже при больших глубинах размыва русла понижение уровней воды из-за малой протяженности зоны размывов и малого уклона реки получается очень небольшим.

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 [9, 10].

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.

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.

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.

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.

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.

В реках с побочневым типом руслового процесса зарегулирование стока может привести, наоборот, к увеличению извилистости русла в связи с тем, что срезка паводков и уменьшение затопления отмелей обусловливает закрепление и зарастание песков и, как следствие, преобразование побочней в пойму.

Процесс трансформации русла нижнего бьефа, имеющий общую тенденцию к затуханию русловых переформирований и к стабилизации русла на участке большой протяженности, заметно интенсифицируется при прохождении высоких паводков. При этом в руслах со сравнительно однородным по крупности грунтом происходят дополнительные размывы и увеличение транспорта наносов, а в руслах, сложенных разнозернистыми грунтами, нарушается слой естественной отмостки, и они становятся не защищенным от размыва меньшими расходами.

Пропуск паводков редкой повторяемости через сооружения гидроузла в период завершения его строительства или в начальный период эксплуатации может вызвать очень быстрое продвижение зоны интенсивной трансформации русла вниз по течению. В этом случае подпор, создаваемый перекатом, образованным в результате отложения продуктов размыва, не распространяется до створа гидроузла.

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.

При возведении гидроузлов в створах, характеризующихся наличием проток или рукавов, в период производства работ по возведению бетонных сооружений одна из проток часто бывает перекрыта и весь сток сосредотачивается во второй протоке. Такое перераспределение стока в течение периода, длительность которого может исчисляться несколькими годами, приводит к размыву отложений в работающей протоке с выносом их в основное русло; в перекрытой протоке за это время может произойти интенсивное развитие подводной растительности и кустарника, обусловливающее увеличение шероховатости русла.

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.

Следствием трансформации русла ниже гидроузла является изменение уровенного режима реки в его нижнем бьефе. Это изменение в створе гидроузла и других створах нижнего бьефа характеризуется смещением кривых связи расходов и уровней относительно положения этой кривой к моменту пуска гидроузла. При этом в ряде случаев, переформирования русла нижнего бьефа в строительный период могут вызвать уже к моменту пуска гидроузла смещение кривой расходов по отношению к ее среднемноголетнему (как правило, устойчивому) положению в бытовых условиях.

Прогноз трансформации русла в нижнем бьефе производится в соответствии с Рекомендациями П 95-81/ВНИИГ и методом, изложенным в работе [11], прогноз переработки берегов водохранилищ — в соответствии с Рекомендациями П 30-75/ВНИИГ, а прогноз заиления — по Указаниям [12].

Влияние на ледотермический режим водотока

Эксплуатация гидроузла оказывает существенное влияние на преобразование ледотермического режима водотока как в верхнем, так и в нижнем бьефах [26].

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.

Температурный режим верхнего бьефа зависит от времени полного водообмена, объема и глубины в его приплотинной части, морфометрических параметров рельефа, температуры и расхода воды и льда, поступающих в верхнюю часть водохранилища. Существенное влияние на температурный режим верхнего бьефа оказывает компоновка гидроузла, конструкция водозаборных и водосбросных сооружений. Работа гидроузла изолированно или в каскаде также влияет на температуру воды и ледотермический режим водотока.

К числу факторов, под воздействием которых формируется ледотермический режим нижних бьефов ГЭС, относятся:

· температура воды, поступающей из верхнего бьефа в нижний;

· режим расходов, проходящих через ГЭС;

· скорости течения и уровни воды в нижнем бьефе;

· морфометрические характеристики русла в нижнем бьефе;

· работа гидроузла изолированно или в каскаде;

· климат региона: температура и влажность воздуха, облачность, скорость и направление ветра, количество выпавших осадков;

· химический состав воды в потоке (минерализация);

· температурные и криогенные характеристики грунтов ложа;

· наличие притоков и сбросов коммунальных и промышленных предприятий.

Степень влияния каждого из факторов на ледотермический режим нижнего бьефа различна, некоторые из них взаимосвязаны между собой. Например, режим скоростей и уровней связан с режимом расходов и морфометрическими параметрами русла; климат региона зависит от температурного режима как верхнего, так и нижнего бьефов, возможно даже изменение климата вследствие создания гидроузла.

Грунты ложа определяют не только шероховатость русла (и следовательно, гидравлический режим потока), но и оказывают влияние на теплоприток от дна и температуру воды, а также на процесс образования донного льда.

Существенное влияние на процессы льдообразования в нижнем бьефе оказывает химический состав воды. Так в нижних бьефах гидроузлов, расположенных на устьевых участках рек, впадающих в море, вследствие смешения пресных речных и соленых морских вод часто наблюдается интенсивное шугообразование, вызывающее формирование зажоров, подъем уровней и подтопление примыкающих территорий.

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.

Влияние на гидрохимический режим водотока

Создание водохранилищ приводит к значительным изменениям условий формирования качества воды. Гидрохимический режим бьефов ГЭС является следствием естественных процессов образования и таяния льда, испарения и выпадения осадков, антропогенной нагрузки на водоем, а также следствием процессов самоочищения, складывающихся под влиянием притока в водохранилище, боковой приточности, режимов сброса расходов воды через ГЭС. При этом существенными факторами, под воздействием которых происходит формирование гидрохимического режима, являются:

· природные фоновые характеристики качества воды;

· морфометрические характеристики водохранилища, в том числе глубина сработки уровня воды и мертвый объем;

· водообмен, степень проточности;

· сброс хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод в водные объекты и на рельеф местности;

· процессы образования и таяния льда;

· процессы биологического самоочищения водоема;

· температура воды;

· смещение фаз гидрохимического режима и амплитуды максимумов концентрации примесей;

· режим поступления загрязняющих веществ, в том числе химических веществ, с высокой сорбционной способностью, аккумулированных в ледяном покрове, включая нефтепродукты (особенно при их аварийном поступлении на ледяной покров);

· химический состав пород и подземных вод ложа и бортов водохранилища.

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 [33].

1.2.3 Зарегулированность водного стока рек РБ прудами и водохранилищами

Сток рек Башкортостана характеризуется значительной изменчивостью внутри города. В соответствии с этим предъявляются требования к улучшению условий водопользования, что обуславливает необходимость зарегулирования речного стока. Строительство прудов и водохранилищ на Урале началось в XVIII – XIX вв., что было связанно с развитпем горнозаводского производства и необходимостью водоснабжения многочисленных металлургических заводов. Это в последующем сопровождалось строительством значительного количества прудов, а после 1917 г. – гидроэлектростанций на малых и средних реках.

В настоящее время реки республики характеризуются достаточной зарегулированностью. Преимущественным назначением существующих водохранилищ и прудов в Предуралье и Зауралье является обеспечение потребностей водоснабжения, а также орошаемого земледелия, гидроэнергетки и рыбного хозяйства.

В целях более подробного изучения особенностей зарегулирования речного стока и их эксплуатации водных объектов в хозяйственных целях в 1976 – 1982 гг. под руководством А.М. Гареева было выявлено, что плотины до 30 % от общего количества прудов во время весеннего половодья ежегодно размываются, а последующее их восстановление производится в меженный период. Резкое сокращение и во многих случаях прекращение стока ниже восстановленных плотин наносит фауне водных объектов непоправимый ущерб. Это обуславливает необходимость усовершенствования водосливных сооружений широкого применения гибких плотин, отличающихся от построенных хозяйственным способом высокой экономической и экологической эффективностью, а также проведение водоохранных мероприятий на водосборе.

Реки Белая, Буй, Ик и их притоки, а также р. Урал в верховьях зарегулированы, в основном, в целях улучшения условий водоснабжения промышленных предприятий и узлов (города Белорецк, Учалы, Сибай п. Карманово). Самыми крупными в республике являются Павловское и Нугушское водохранилища комплексного назначения, построенные соответственно в 1961, 1966. Существенная зарегулированность стока р. Белой в нижней части обусловлена влиянием Бельского отрога Нижнекамского водохранилища [1].

Водохранилища в основном сезонного регулирования. Степень зарегулированности стока существенно дифференцируется по бассейнам рек, что зависит как от потребностей хозяйственных объектов, так и удобства территорий. Если в бассейне р. Белой наиболее крупные водохранилища размещены на притоках (Павловское – на р. Уфа, объем 1,41 км³ ; Нугушское на р. Нугуш, объем 0,4 км³ ), то на р. Урал – главным образом на самой реке.

По состоянию на 1 января 1999 г. По данным Бельского БВУ в пределах республики насчитывается около 450 водохранилищ и прудов. Кроме указанных водоемов эксплуатируется значительное количество мелких прудов, построенных хозяйственным способом. В соответствии с отсутствием проектов на них, а также почти ежегодным размывом и неравномерным восстановлением их плотин представлять подробные сведения о них затруднительно.

Суммарный объем водохранилищ и прудов достигает 2,43 км³ , общая площадь их водного зеркала – 312,6 км² . Общие потери речного стока за счет дополнительных потерь на испарение с поверхности их акваторий превышают 0,20 км³ /год.

Как по территориям административных районов, так и бассейнам рек искусственные водоемы распределены весьма неравномерно. Это в основном зависит от общих потребностей в водопользовании и удобства их возведения с учетом рельефа местности. В то же время, наибольшее количество водоемов насчитывается в тех районах, территории которых отличаются высокой освоенностью, в т. ч. Развитием оросительной мелиорации и др.: в Аургазинском (21), Бакалинском (18), Буздякском (26), Дюртюлинском (40), Илишевском (17), Ишимбайском (17), Миякинском (14), Туймазинском (14), Федоровском (14), Чишминском (16) районах. В отдельных районах имеется небольшое количество водоемов. Так, в Абзелиловском и Архангельском районах насчитывается по 4 объекта, Балтачевском – 2, Белокатайском – 4, Белорецком – 5, Гафурийском – 2, Дуванском – 2, Зианчуринском – 1, Зилаирском – 5, Калтасинском – 1, Кигинском и Краснокамском – по 2, Мечетлинском, Мишкинском и Нуримкновском – по 1, Татышлинском – 3, Янаульском – 4.Это, в одних случаях можно объяснить относительно благоприятными условиями увлажнения территорий, в других – небольшими значениями густоты речной сети в условиях засушливости климата или развития карста.

Наибольшей степенью искусственной зарегулированности характеризуются реки, бассейны которых расположены в пределах Предуралья (рр. Ашкадар, Уршак, Дема, Чермасан, База, Сюнь, Усень), где удельная площадь прудов превышает 0,02 га/км² . Реки Быстрый Танып, Буй в Предуралье; Ай, Юрюзань Северо-Восточной лесостепи; Урал (в верховьях), а также её притоки Янгелька, Большой Кизил, Худолаз, Таналык, Сакмара характеризуются несколько меньшей зарегулированностью.

В пределах Уфимского плато и горного Башкортостана количество прудов незначительно. В то же время здесь находятся наиболее крупные гидроузлы – Павловское и Нугушское водохранилища [1].

Из числа средних по размерам гидроузлов следует привести Буйский (134 млн. м³ ), Слакский (135 млн. м³ ), Хворостянский (14,2 млн. м³ ), Маканский (9,3 млн. м³ ) и др., последние два из которых построены соответственно на рр. Таналык и Макан в 1996г. И 1998 г.

Назначение гидротехнических сооружений, в основном, комплексное. В то же время в районах, отличающихся интенсивным проявлением эрозионных процессов, имеются и пруды с преимущественно противоэрозионным назначением.

Оценивая влияние прудов на сток малых и средних рек, следует заметить, что оно зависит как от географической зональности, так и защищенности водоемов хребтами, горными образованиями, древесной растительностью и др. Это подтверждается расчетами по различным регионам страны. Так, в работе И.М. Кургановой (1972) показано, что в Белоруссии, основная часть территории которой находится в условиях достаточного увлажнения, уменьшение речного стока под влиянием прудов происходит несущественно. В то же время в регионах расположенных южнее Белоруссии (Украина, Центрально-Черноземный район РФ и др.) в средние по водности годы в результате потерь на испарение происходит снижение стока рек на 3-8%, возрастая в отдельных бассейнах до 15-23%, в маловодные годы – до 16-32%. Наибольшим испарением, соответственно снижением стока, характеризуются территории южных районов.

Изучение влияния водохранилищ на сток крупных рек проводилось в течение продолжительного времени, на основании которого можно установить снижение стока в различных бассейнах рек. Так, например, расчеты, проведенные И.А. Шикломановым (1979), показывают, что в результате этого среднегодовой сток р. Волги снизился на 15%, Урала – на 2,5%, Дона – на 7%.

Анализ снижения годового стока рек Башкортостана под влиянием прудов и водохранилищ, осуществленный А.М. Гареевым (1995) с учетом площадей водосборов относительно замыкающих створов показал, что оно за счет дополнительных потерь на испарение с их поверхности на больших, средних и малых реках происходит дифференцированно. Большие реки, включая р. Белую и её притоки – реки Уфа и Дема, характеризуются ограниченным количеством существующих крупных водохранилищ. К тому же они расположены главным образом в горной и расчлененной пригорной частях, что обусловливает большие показатели средних глубин и защищенность акватории. Это снижает дополнительные потери на испарение. Таким образом, снижение стока этих рек происходит незначительно (1-3%), что находится в пределах погрешности самих гидрологических расчетов. Как было показано выше, несущественно снижение годового стока под влиянием водохранилищ в пределах Башкортостана и на р. Урал (2,5%), что следует принять в качестве характерного значения изменения стока для рек лесостепной зоны в целом.

Влияние на сток рек прудов и водохранилищ, расположенных на средних и малых водотоках, в зависимости от их количества, суммарной площади и морфометрических характеристик заметно дифференцируется по площадям водосборов. Об этом свидетельствуют материалы расчетов, выполненных А.М. Гареевым по 39 бассейнам рек, выбранных в пределах изучаемого региона (1989,1995).

Площади их водосборов (F) изменяются от 68,0 км² (р. Карамалы – устье) до 3570 км² (р. Чермасан – д. Новоюрманово). Они характеризуются весьма различной зарегулированностью. Наибольшее количество прудов относительно расчетных створов насчитывалось на реках Ашкадар (16), Уршак (17), Чермасан (42), Сюнь (11), Усеннь (31) с площадями водосборов более 2000 км² . На реках меньшего порядка (F< 500 км² ) их насчитывалось гораздо меньше (от 1 до 9), за исключение ре Большой, Малый Нугуш, при площадях водосборов, равных 594 и 199 км² на них функционировали 17 и 11 гидротехнических сооружений соответственно. Наблюдения показывают, что в условиях высокого зарегулирования речного стока, во многих прудах и малых водохранилищах, расположенных в лесостепной и степной зонах, обнаруживается ежегодная евтрофикация с интенсивным развитием сине – зеленых водорослей. К неблагоприятным процессам, формирующимся при искусственном зарегулировании речного стока, кроме того, относятся: резкое нарушение условий миграции рыб, уничтожение нерестилищ, ухудшение условий обитания для наиболее ценных видов, затопление и подтопление значительных территорий, имеющих важное хозяйственно – экономическое и экологическое значение. Следует обратить внимание на то, что имеющиеся высказывания о возможности активизации процессов водообмена в подземных водоносных горизонтах (например, в пределах Белебеевско – Стерлибашевской возвышенности) в результате строительства 500 – 600 прудов с эколого-экономической точки зрения являются не совсем оправданными. Анализ архивных и ведомственных материалов показывает, что по сравнению с 18-м 19-м столетиями в настоящее время бассейны малых и средних рек Башкортостана испытывают чрезмерную нагрузку хозяйственной деятельностью человека. Сведение лесов, распашка территорий и последующая их эксплуатация с применением органических и минеральных удобрений, многократный перевыпас скота на водосборе, поступление загрязняющих веществ с селитебных территорий и многие другие факторы способствуют евтрофикации водоемов, но и наносят существенный экологический и экономический ущерб природным и природно-хозяйственным комплексам [1]. Наиболее критические условия связаны со случаями прорывов плотин ГТС. Они происходят не только га прудах и малых водохранилищах вследствие нарушений режимов их эксплуатации, но и характерны для водоемов с большими площадями зеркала и объемами. Примером этому является катастрофа, связанная с прорывом плотины Тирлякского пруда (на правом притоке р.Белой в верховьях) в 1995 г.

Виды и масштабы хозяйственной деятельности в бассейнах рек различной категории должны согласовываться с оптимальными требованиями природопользования и природоохранных мероприятий, с включая факторы, связанные с хозяйственной деятельностью человека как на водосборе, так и на самом водном объекте.

1.2.4 Использование водных ресурсов рек в других хозяйственных целях

Известно, что природная вода используется людьми для удовлетворения их всевозможных потребностей. В то же время, в зависимости от специфики водопользования и оказания влияния на природные водные объекты выделяются промышленное, коммунально-бытовое, хозяйственно-питьевое, сельскохозяйственное водоснабжение, использование водных ресурсов в целях орошения, гидроэнергетики, речного транспорта, рыбного и лесного хозяйства, рекреации, здравоохранения и др.

Рисунок 1- Потенциальный запас водных ресурсов (баллы).

Использование водных объектов осуществляется с изъятием (забором воды) или без изъятия (например, в речном транспорте, рыбном хозяйстве) водных ресурсов. Сложная и многоуровневая система водоснабжения различных водопользователей образуют водохозяйственный комплекс, управляемый и контролируемый в целом отраслью экономики "водное хозяйство" [2].

Рисунок 2- Интенсивность использования водных ресурсов (баллы).

Таким образом, функции водного хозяйства реализуются с помощью различных водохозяйственных и гидротехнических объектов межотраслевого и отраслевого назначения, водохозяйственных комплексов, систем, агротехнических и лесотехнических мероприятий.

Государственное управление водным хозяйством в Республике Башкортостан осуществляется Кабинетом Министров РБ, исполнительными органами на местах, Госкомэкологией РБ, а также специальным уполномоченным органом – Бельским бассейновым водным управлением.

Количество учтенных водопользователей в 2005 г. по Республике Башкортостан в целом составило 1587 предприятия (табл. 2). Забор воды из природных водных объектов ими осуществляется в количестве 837,85 млн. куб. м, в том числе из поверхностных источников было забрано 438,74 млн. куб. м, из подземных – 399,1 млн. куб. м.

Таким образом, из общего объема свежей воды, забранной из природных водных объектов, доля поверхностных вод составила 53,0 %, подземных – 47,0 %.

В целях удовлетворения различных хозяйственных потребностей было использовано всего 777,71 млн. куб. м, в том числе на производственные нужды 419,24 млн. куб. м, хозяйственно-питьевое водоснабжение – 286,66 млн. куб. м, сельскохозяйственное водоснабжение 20,67 млн. куб. м, орошение – 11,41 млн. куб. м и прочие нужды – 16,77 млн. куб. м.

Анализируя динамику забора и использования водных ресурсов по видам водопользования за 1999 - 2005 гг. следует отметить, что в целом наблюдается тенденция его сокращения (см. табл. 3). Использование водных ресурсов на хозяйственно-питьевые нужды увеличилось в среднем на 4 %, что связано с увеличением потребления воды городским населением. Однако следует отметить то, что при этом велики потери воды в сетях водоснабжения (до 20 % и более).

Таблица 3- Динамика использования природных ресурсов Республики Башкортостан за 1999 – 2005 годы, млн. м³ .

Снижение использования воды промышленностью большей частью произошло за счет уменьшения объемов производства и в меньшей степени за счет внедрения водосберегающих технологий. Наиболее водоемкими отраслями народного хозяйства являются: электроэнергетика (37,7 % объема воды, используемой в промышленности), химическая и нефтехимическая (17,5 %), нефтедобывающая (10,0 %) промышленность, черная металлургия 5,3 %.

В промышленности более 85 % технологического расхода воды приходилось на долю оборотного и поворотного водоснабжения. Безвозвратное потребление относительно природных водных объектов составило 365,92 млн. куб. м. Снижение этого показателя во времени объясняются сокращением объёмов воды, используемой в системах оборотного водоснабжения.

Наблюдается тенденция сокращения использования воды и в сельском хозяйстве, что связано, с одной стороны, с реорганизацией системы Минсельхозпрода Республики Башкортостан, с другой, организацией учёта используемой воды в соответствии с действующей системой платного водопользования.

Снижение объемов водопотребления на орошение связано с сокращением орошаемых площадей и высоким уровнем износа установок для орошения [2].

Таблица 4- Использование водных ресурсов по городам Республики Башкортостан в 2005 году, млн. м³ .

Подразделяя показатели забора воды по бассейнам рек, следует показать, что основное количество потребляемой воды приходилось на бассейн реки Белой (805,14 млн. куб. м).

На основании краткого анализа показателей водопользования можно выявить, что основная нагрузка как по количеству, так и по качеству приходится на долю рек и озер республики. Так, объем общего сброса сточных вод в эти объекты по сравнению с суммарным использованием водных ресурсов, равным 922,4 млн. куб. м (из поверхностных и подземных источников) составила 67 %.

Следует подчеркнуть то, что, несмотря на проведение ряда мероприятий по оздоровлению и улучшению санитарного состояния рек, положение по основным речным бассейнам остается напряженным. Это обуславливает необходимость широкомасштабного проведения водоохранных мероприятий как в самих водных объектах, так и на их водосборах [2].

Необходимые параметры водоохранных мероприятий в пространственном и временном аспектах могут быть определены на основании проведения расчетов по оптимизации водопользования и водоохранных мероприятий в разрезе промышленных узлов, бассейнов рек и их участков. При этом эколого-экономические критерии должны учитывать такие важные признаки, как изменчивость рек во внутригодовом и многолетнем разрезах, показатели загрязненности природных вод и их изменчивости в пространстве, необходимые для популяций гидробионтов экологические расходы воды и объемы, приведенные затраты и экологическую эффективность природоохранных мероприятий.

Одним из важных принципов экономического регулирования использования, восстановления и охраны водных объектов является платность водопользования. В целях рационального использования водных ресурсов, повышения экономической ответственности водопользователей, а также образования средств финансирования охраны и воспроизводства водных ресурсов указом Президиума Верховного Совета республики Башкортостан в 1995 г. изменена система платного водопользования на территории республики.

Плательщиками за пользование поверхностными и подземными водными объектами являются предприятия, организации, учреждения, а также иностранные юридические лица и их филиалы независимо от форм собственности и организационно-правовых отношений: физические лица, занимающиеся предпринимательской деятельностью без образования юридического лица.

Кроме того, установлена плата за пользование водными объектами без изъятия воды в гидроэнергетике, добыче полезных ископаемых, производстве работ на водных объектах и др.

От платы за водопользование освобождены: население, колхозы, совхозы и ассоциации фермерских и крестьянских хозяйств, рыбоводческие хозяйства, садоводческие товарищества, а также организации и учреждения, полностью содержащиеся за счёт государственного бюджета (школы, больницы, поликлиники и др.)

Утверждены базовые нормативы платы за водопользование, которые ежеквартально индексируются с учётом коэффициента инфляции.

Установлены соответствующие повышающие коэффициенты за сверхлимитное водопотребление и безлицензионное водопользование.

Средства, поступающие за водопользование в местный бюджет, рекомендовано направлять на обустройство водоохранных зон, родников, очистку малых рек, выполнение других видов работ, связанных с охраной водных объектов и обеспечением населения качественной водой.

Таким образом, внесение изменений в систему платы за пользование водными ресурсами коренным образом изменило возможности отрасли водного хозяйства в реализации водосберегающих и водоохранных мероприятий, позволило минимизировать влияние антропогенных нагрузок на водные объекты [2].

В составе первоочередных мероприятий по организации водоохранных мероприятий в этой системе следует указать на необходимость создания новых природных парков, восстановительных зон, заказников и памятников природы. Как было показано ранее, заслуживает большого внимания обоснование и создание ряда природных (озерных) парков в Башкирском Зауралье, включив в самостоятельные блоки группы северных и южных озер этого региона, их водосборные площади, а также речные бассейны и водопады. Необходимо также проведение системы природоохранных мероприятий в пределах "гидрологических центров", расположенных в горном Башкортостане и Белебеевско-Стерлибашевской возвышенности. Первая территория охватывает верховья бассейнов рек Белая, Инзер, Юрюзань, Ай, Урал, Уй, Миасс с уникальным ландшафтным разнообразием. Второй центр является "очагом" формирования водных потоков рек Дема, Ашкадар, Стерля, Уршак и др.

Расположение наиболее высоких возвышенностей южнее озера Аслыкуль и их участие в формировании водных ресурсов системы рек Усень, Чермасан и ряд левых притоков реки Демы, близость озера Кандрыкуль обусловливает целесообразность создания обширной зоны экологической стабилизации Башкирского Предуралья, включающей уже существующие, а также новые охраняемые территории и объекты. Уникальность, своеобразие природных комплексов, присутствие речных систем и озер различной категории в низовья бассейна реки Белой, в пределах Уфимского плато, Северо-восточной лесостепи, Зауральской степи, Зилаирского плато и др., также способствует научному географо-экологическому обоснованию и созданию значительного количества охраняемых объектов. Они нашли отражение в составе кадастра сети охраняемых территорий РБ, разработанного по заданию Госстроя РБ.

1.3 Экологические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ

1.3.1 Местные климатические изменения

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 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.

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.

Так, например, 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.

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.

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.

Максимальные изменения относительной влажности воздуха приходятся на весенне-летний период:

· в зоне избыточного естественного увлажнения, в районе северных водохранилищ, влажность повышается на 4 - 6%;

· в зоне недостаточного естественного увлажнения влажность увеличивается в среднем на 6 - 12%, хотя ее изменения в течение суток имеют сложный характер: ночью происходит уменьшение влажности, днем, наоборот, влажность повышается.

Количественным показателем потенциального влияния водохранилища на температуру воздуха служит разность между температурой поверхности воды и температурой воздуха на побережье, а на абсолютную влажность - разность между насыщающей влажностью при температуре поверхности воды и влажностью на побережье.

Направление ветра изменяется в зависимости от ориентации водохранилища, извилистости береговой линии, характера ландшафта, шероховатости подстилающей поверхности суши и особенностей местной циркуляции воздуха.

Скорость ветра над акваторией водохранилища почти не меняется (15 - 20%) в охлаждающий период, в отепляющий — возрастает на 50-100%.

Осенью на наветренном берегу водохранилища наблюдается увеличение в 2-3 раза повторяемости сильных ветров (более 15 м/сек) по сравнению с исходными ветровыми условиями.

Термические контрасты между сушей и водой на крупных водохранилищах приводят к возникновению местной циркуляции - бризов, они дополняют схему воздействия водохранилища на метеорологический режим. В сторону суши бризы могут проникать на расстояние 3 км и более, захватывая по высоте зону в 100 - 300 м.

Коэффициент усиления ветра по наблюденным данным метеостанции Береговая, расположенной на расстояние 400 м от уреза воды наиболее расширенного озеровидного участка Зейского водохранилища, составил 1,5 - 2,0 в осенне-зимний период; 1,4 — 1,6 весной и 1,5 - 1,9 летом. Усиление ветра весной и летом произошли из-за развития местной бризовой циркуляции, захватывающей довольно большие участки суши и водоема.

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/сек);

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

· достаточное начальное увлажнение воздуха (более 75%).

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.

По длине нижнего бьефа изменение климатических параметров по сравнению с естественными условиями уменьшается по мере удаления от ГЭС.

Характер береговых склонов и их крутизна определяют размеры зоны климатического влияния. Залесенные побережья водохранилища ограничивают его влияние на местный климат вследствие активной ретрансформации поступающих с водной поверхности масс воздуха.

В зоне горных водоемов изменение местного климата будет происходить как под влиянием изменения высоты местности, так и за счет трансформации воздуха при движении его над водохранилищем.

На участках, где горные хребты подходят непосредственно к урезу воды, влияние водохранилища на местный климат практически не прослеживается.

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).

Прогнозная оценка изменений местного климата под влиянием гидротехнических сооружений может даваться на основе расчетов и по наблюдениям на объекте-аналоге (см. Рекомендации П 850-87/ Гидропроект).

Расчетный метод ГГО предназначается для определения средних за расчетный период и в отдельные сроки изменений температуры и абсолютной влажности воздуха над прилегающей к водоему территории и акваторией водохранилища, с учетом различной шероховатости подстилающих поверхностей [14].

Факторами, необходимыми для определения влияния водохранилищ на количественные характеристики метеоэлементов, являются: температура поверхности воды, площадь водного зеркала, глубина, объем, ширина водохранилища; физико-географические условия расположения; условия атмосферной циркуляции и связанные с ней погодные условия (пасмурная погода в значительной степени нивелирует контраст вода - суша), шероховатость подстилающей поверхности, режим эксплуатации водохранилища, а также степень освоения прилегающих территорий (наличие жилых массивов, промышленных объектов, сельскохозяйственных угодий).

Количественная оценка тумано- и гололедообразования в районе проектируемого гидроузла выполняется с использованием двумерной гидростатической модели пограничного слоя атмосферы, формирующегося в квазистационарных условиях над неоднородной поверхностью. Модель построена с учетом фазовых переходов влаги и влияния сглаженного рельефа на структуру пограничного слоя. Расчеты проводятся на основе численного решения системы уравнений пограничного слоя атмосферы.

Метод географических аналогий представляет собой экстраполяцию результатов анализа изменения местного климата, полученных на действующих водохранилищах-аналогах, на зону возможного влияния проектируемого водохранилища.

Выбор и обоснование водохранилища-аналога производится по следующим основным критериям: небольшое взаимное удаление; общность климатической зоны, конфигурации, растительного покрова, морфометрии, площади мелководий и подтопленных земель; однородность ландшафта водосбора.

Трудность выбора водохранилища-аналога по всем критериям подобия, отсутствие количественных оценок туманно - и гололедообразования (высота, водность и граница распространения тумана), интенсивность гололеда и соответствующая ей высота, низкая оправдываемость прогноза изменения климата в условиях сложного пересеченного рельефа и вечной мерзлоты требуют новых методических подходов с применением математического аппарата (моделирования) и современной электронно-вычислительной техники, позволяющей использовать накопленный банк данных метеорологических наблюдений.

Организация наблюдений за изменением местного климата в районе расположения гидротехнических объектов необходима как для создания банка данных по водохранилищам-аналогам, так и с целью анализа гидрометеорологических процессов, обусловленных возведением и эксплуатацией гидросооружений, а также всего водохозяйственного комплекса. Такие наблюдения должны осуществляться в рамках системы мониторинга (наблюдения, сбор, анализ результатов наблюдений, создание автоматизированного банка данных), расположенных в различных физико-географических условиях страны.

Ведение мониторинга позволит повысить качество прогнозов изменения местного климата с последующей оценкой их оправданности.

Гидрометеорологические наблюдения производятся в течение всего периода изыскательских работ, проектирования и строительства водохранилища, а также в первые годы его эксплуатации.

Наблюдения должны охватывать будущую береговую полосу водохранилища и нижнего бьефа предполагаемой зоны влияния. Наиболее показательными для анализа и прогноза изменений метеоэлементов являются наблюдения у плотины, в средней и хвостовой частях водохранилища, а также в районе нижнего бьефа ГЭС (на удалении 1 км от плотины и в конце полыньи).

Для производства гидрометеорологических наблюдений организуются временные метеопосты. Один раз в месяц выполняются наблюдения на фиксированных микроклиматических разрезах с точками наблюдений на расстоянии 50, 100, 1000, 5000 и 10000 м от уреза воды в глубь суши.

Инструментальные наблюдения проводятся за температурой, влажностью воздуха, направлением и скоростью ветра, температурой поверхности воды; визуальные - за облачностью, осадками, туманами, гололедом [15].

Гидрометеорологические наблюдения используются для составления, корректировки и оценки оправдываемости прогноза изменения местного климата, совершенствования методики прогнозирования.

Изменения местного климата происходят на фоне глобальных изменений климата, которые могут усиливать или ослаблять, а возможно, и перекрывать влияние непосредственно водохранилища в зависимости от того, складываются или взаимно гасятся антропогенные и естественные воздействия.

Климатические изменения влекут за собой по принципу обратной связи изменения в значениях составляющих теплового баланса воды с воздухом, а следовательно, должны учитываться при составлении прогноза формирования температурного и ледового режимов бьефов ГЭС, а также длины зоны ее термического влияния.

1.3.2 Изменения состава атмосферного воздуха

Изменение качественного состояния атмосферного воздуха обычно связано с дополнительным загрязнением выбросами в период строительства и эксплуатации объекта либо с изменением условий распространения примесей, возникающим под его воздействием.

Непосредственное влияние создаваемого гидроузла на степень загрязнения атмосферного воздуха может проявляться только в изменениях метеорологических условий рассеивания примесей в районе расположения верхнего и нижнего бьефов.

Климатические изменения, связанные с созданием гидроузлов, имеющих водохранилища большого объема, могут способствовать как рассеиванию примесей (усиление скорости ветра и турбулентного обмена над водной поверхностью, усиление восходящих движений в прибрежных районах в летний период), так и существенному их накоплению (увеличение повторяемости туманов в нижних бьефах гидроузлов).

Основное влияние на атмосферный воздух в период строительства гидроузлов оказывают технологические процессы, связанные с функционированием временных или вспомогательных производственных предприятий, проведением земляных, в том числе взрывных работ.

Обеспечивающие строительство гидроузлов производственные базы включают в себя комплекс предприятий различного профиля с полным технологическим циклом работы: бетонные и обогатительные хозяйства, асфальтобетонные заводы, автохозяйства, временные и стационарные котельные на жидком и твердом топливе, склады горюче-смазочных материалов, монтажные базы и участковые хозяйства.

В результате производственной деятельности указанных предприятий и используемых технологических процессов в атмосферу может поступать до 30 наименований загрязняющих веществ различного класса опасности. Выбрасываемые в атмосферу вещества могут образовывать до 5 групп суммирующего воздействия.

Размеры зоны влияния источников загрязнения атмосферы (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.

В зоне влияния ИЗА производственных баз часто находятся населенные пункты и поселки гидростроителей.

Поскольку строительство гидроузлов продолжается в течение значительного периода времени (от 2-3 до 10-15 лет) в проектах необходимо учитывать негативное воздействие указанных предприятий на атмосферный воздух прилегающей территории, разрабатывать нормативы предельно допустимых выбросов в атмосферу для создаваемых производственных баз, мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, организовывать санитарно-защитные зоны.

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.

При воздействии земляных и взрывных работ на атмосферный воздух в проектах должна определяться зона возможного влияния и максимальные концентрации загрязняющих веществ.

Для обеспечения нормальной эксплуатации гидроузлов организовываются постоянные производственные участки, имеющие ИЗА.

Интенсивность выбросов и их воздействие на атмосферный воздух в течение года обычно неравномерны в связи с небольшим числом часов работы оборудования. Однако для указанных участков также необходимо разрабатывать нормативы предельно допустимых выбросов в атмосферу (ПДВ), мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, организовывать санитарно-защитные зоны.

Мероприятиям по охране атмосферного воздуха следует уделять особое внимание при размещении вспомогательных производственных площадок на побережьях нижних бьефов гидроузлов, где в условиях повышенной вероятности возникновения неблагоприятных метеорологических условий (туманов) возможно образование зон повышенных концентраций примесей в атмосфере жилых зон.

Вопросы охраны атмосферного воздуха в составе проектов строительства и эксплуатации гидроузлов должны рассматриваться с учетом существующей техногенной нагрузки. При этом необходимо использовать руководящие и нормативно-методические документы, утвержденные уполномоченными органами России в области охраны атмосферного воздуха, ГОСТ, стандарты.

Во время строительства и эксплуатации гидроузла должен осуществляться мониторинг изменения метеорологических параметров в районе влияния гидросооружений.

Система контроля (локальный мониторинг) за соблюдением установленных нормативов предельно допустимых выбросов в атмосферу производственных объектов в период строительства и при эксплуатации гидроузла должна разрабатываться в составе раздела проекта.

1.3.3 Геологические условия, гидрогеологический и гидрогеохимический режимы прилегающих территорий

Создание водохранилища приводит к повышению уровня подземных вод на прилегающих территориях, а также к волновому и тепловому воздействию на берега и ложе водохранилища.

Следствием этого могут явиться:

· подтопление и заболачивание береговой зоны;

· протаивание многолетнемерзлых грунтов ложа и береговой зоны;

· возникновение и активизация геодинамических процессов;

· изменение режима и химического состава подземных вод;

· вскрытие и растворение торфяников.

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;

· улучшение условий эксплуатации существующих в береговой зоне сооружений.

Прогнозирование процессов подтопления и оценка возможностей использования подтопляемых территорий должны производиться в соответствии со СНиП 2.06.15-85 и на основе Рекомендаций П 71-78/ВНИИГ и Справочного пособия [16].

Геодинамические процессы в зоне водохранилищ возникают вследствие механического (статического и динамического) и теплового воздействий, которые создаются массой воды, а также изменения состава и свойств пород прибрежной зоны.

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.

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

Склоновые и другие геодинамические процессы могут активизироваться или возникать в процессе строительства, первого наполнения, последующих сработок и наполнений.

Изменение влажностного режима в зоне водохранилища может вызвать дополнительные осадки построенных ранее сооружений, а в лессовых породах - формирование просадочных явлений.

В области распространения многолетнемерзлых пород по указанным выше причинам 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.

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.

Создание водохранилищ приводит к изменению режима и изменению химического состава подземных вод, а также к формированию новых водоносных горизонтов.

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.

В нижнем бьефе гидроузлов подтопление территорий и берегообрушение могут происходить вследствие прохождения волн попусков при осуществлении регулирования мощности ГЭС, а также вследствие зажорно-заторных подъемов уровней воды.

Существует мнение, что при высоте плотин более 100 м, объемах водохранилища свыше 100 млн. м³ и при концентрации значительной массы воды в узких речных долинах может происходить перераспределение напряжений в земной коре, вызывающее "наведенные" землетрясения, по интенсивности не превышающее расчетные, но характеризующиеся большей повторяемостью. Эта проблема не может считаться выясненной и для ее окончательного решения требует специальных наблюдений и исследований.

Процессы, которые могут возникнуть или возникают в зоне, прилегающей к водохранилищу, подлежат обязательному мониторингу. Особое внимание должно уделяться участкам, где такие процессы могут оказать отрицательное воздействие на экологическую обстановку территории.

Положение указанных участков выбирается после окончательного установления контура водохранилища, исходя из геолого-геоморфологических условий береговой зоны.

Наблюдения ведутся за потенциально неустойчивыми склонами, территориями проявления геодинамических, в том числе криогеодинамических, процессов, за режимом и химическим составом подземных вод.

Система мониторинга включает визуальные обследования, периодические, в том числе стационарные, наблюдения за водопроявлениями, смещениями, деформациями и другими явлениями, отбор и анализ проб пород и воды. В области распространения многолетнемерзлых пород обязательна постановка режимных наблюдений за изменением температурного и криогенного состояния береговых массивов.

Частота и объем наблюдений определяются конкретными инженерно-геологическими условиями участка, ответственностью и ценностью расположенных или располагаемых на нем объектов (промышленные, гражданские сооружения, дороги, пастбища, лесные угодья, заповедники, исторические памятники и др.).

Мониторинг, особенно на потенциально опасных участках, должен начинаться на стадии обоснования проекта и продолжаться в период заполнения и эксплуатации водохранилища. Он может быть приостановлен, если получены неоспоримые доказательства затухания наблюдаемого процесса.

Основой мониторинга является прогнозная оценка преобразования геологической среды при взаимодействии с гидротехническими сооружениями, которая ведется на основании многофакторного анализа процессов взаимодействия геологической среды и гидрокомплекса.

При прогнозировании используются качественные и количественные (в том числе расчетные) методы [17]. Большую помощь может оказать применение метода натурных аналогий [18].

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 [19].

По результатам решения тепловых задач или совместно с этими решениями выполняются расчеты фильтрационных потерь, гидрохимического преобразования природных вод, термокарстовых осадок ложа, термоабразионного переформирования берегов водохранилищ и т.п.

Все прогнозы подлежат обязательной проверке по результатам наблюдений, а методы, использовавшиеся при составлении прогнозов, - уточнению и корректировке.

Система мониторинга направлена на минимизацию негативных последствий ГТС и геологической среды. Это достигается путем регулирования с помощью комплекса мероприятий и специальных конструкций (дренажных, противофильтрационных, теплоизоляционных, охлаждающих, укрепляющих и т.д.), разработанных на основе прогнозирования развития неблагоприятных геодинамических процессов в зоне влияния гидротехнических сооружений.

1.3.4 Изменения гидробиологического режима

Гидробиологический режим водохранилищ, нижних бьефов и связанных с ними водоемов формируется следуя изменениям качественного состава водной среды, обусловленным зарегулированием стока.

Под влиянием загрязняющих веществ происходят изменения в качественном и количественном составе биоценозов: одни виды исчезают, другие развиваются с высокой степенью их продуцирования. Изменения видового состава происходят уже при столь слабом загрязнении воды, которое может быть не обнаружено с помощью химических методов.

Биоту зарегулированных рек следует рассматривать в трех основных аспектах: как непосредственно эксплуатируемый природный ресурс, как индикатор экологического состояния и как фактор формирования качества воды [13]. Концентрация органического вещества в воде зарегулированных водных потоков имеет прямую зависимость от интенсивности биотического круговорота в объеме воды в единицу времени.

Содержание фитопланктона, нитчатых водорослей, микробной составляющей характеризует качество поверхностных вод. На этой основе разработана [20, 24] система комплексной экологической оценки качества поверхностных пресных вод. Эта система, являющаяся одной из наиболее полных из ныне существующих для получения характеристики состояния водных экосистем, составлена на основе анализа качественного и количественного состава гидробиоценозов и учитывает гидрофизические и гидрохимические показатели, которыми необходимо руководствоваться при оценке влияния хозяйственной деятельности на водный объект в соответствии с нормативными документами, утвержденными уполномоченными органами РФ в области охраны окружающей среды.

При оценке влияния гидротехнических сооружений на гидробиологический режим водотока следует иметь в виду, что водотоки являются сложной самовоспроизводящейся экосистемой, обладающей гомеостазом, т.е. способностью сопротивляться возмущающему воздействию внешних абиотических факторов. Это свойство водных экосистем обеспечивается прямыми и обратными связями (энергетическими и информационными) неорганических и биотических компонентов. Сохранение гомеостаза возможно лишь в определенных пределах изменения внешних абиотических факторов — пределах сопротивляемости системы (резистальности). Выход фактора за эти пределы приводит к гибели экосистемы. Длительное существование экосистемы возле верхней или нижней границы сопротивляемости ведет к постепенной ее деградации и, в конечном итоге, к гибели [21, 22].

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.

Основой речной экосистемы является собственно река с придаточными водоемами (заливы, ерики и т.п.), пойма, включающая пойменные озера, луга с древесно-кустарниковой растительностью, прилегающая к пойме склоновая терраса с ее флорой и фауной.

Биологическая продуктивность русла реки зависит от скорости потока. В реках со значительными скоростями течения (более 1 м/с) преобладают прикрепленные формы водной растительности, а толщу потока населяют, способные противостоять течению рыбы, крупные беспозвоночные. Наличие растительного и животного планктона характерно для рек со скоростями течения менее 1 м/с.

Зарегулирование стока оказывает наиболее ощутимое воздействие на гидробиологический режим руслового и пойменных потоков. При оценке влияния изменений, вызванных гидросооружениями, необходимо учитывать, что русло реки и в зарегулированных условиях остается местом сохранения речной биоты во время неблагоприятного зимнего периода, а также местом нереста и инкубации икры наиболее ценных в промысловом отношении рыб (сиговые, лососевые, осетровые, налим).

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.

Придаточные водоемы реки (заливы, затоны и т.п.) испытывают меньшее влияние зарегулирования стока и сохраняют в основном благоприятные условия образования "первопищи" для всей трофической сети экосистемы: первичной продукции фитопланктона некоторых прикрепленных форм растений, приносимых извне готовых органических веществ.

При оценке влияния зарегулирования стока на экосистему нижнего бьефа важно иметь в виду следующие факторы:

1. Изменение количества поступающего с водой тепла . Последствия этого фактора наиболее заметны в зимний период, когда происходит изменение длины полыньи в зависимости от температуры поступающей в нижний бьеф воды (глубинный, поверхностный водозабор), ее расхода и температуры воздуха.

2. Поступление дополнительного количества биогенных элементов в минеральной форме . Это явление имеет место при глубинных водозаборах, когда вода забирается из гиполимниона стратифицированного водохранилища, где концентрация биогенов на порядок выше, чем у поверхности (в эпилимнионе) [23]. 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.

В результате речные экосистемы нижних бьефов гидроузлов номинально продолжают существовать (гомеостаз, в принципе, еще сохранен), но во многих случаях может происходить их деградация вследствие функционирования у нижних пределов сопротивляемости системы.

1.3.5 Изменения животного мира

Особенностью влияния гидростроительства на природные комплексы и их компоненты является создание в пределах территории влияния новых экосистем, которые имеют иной качественный и количественный уровни круговорота веществ в природе.

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.

Интенсивность влияния факторов гидростроительства на природные комплексы и их компоненты на разных этапах строительства и эксплуатации неодинакова. Выделяется четыре основных периода (или стадии) влияния гидроузлов на окружающую среду:

· период строительства - от начала стройки до наполнения водохранилища до НПУ;

· заселение природных комплексов в первые десять лет существования водохранилища;

· созревание фаунистических и флористических компонентов природных комплексов во второе десятилетие существования водохранилища;

· стабилизация природных комплексов на территории влияния, наступающая обычно спустя 20 лет после наполнения водохранилища.

Следует учитывать также необходимость зонирования всей территории, на которую распространяется влияние гидроузла, на три основных участка, имеющих свою специфику:

· район расположения основных сооружений и окружающей хозяйственной инфраструктуры;

· водохранилище (верхний бьеф);

· нижний бьеф.

Многообразие видов животных определяет разную их реакцию на те или иные проявления влияния гидросооружений на окружающую среду.

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.

Сохранившиеся после заполнения водохранилища долины могут способствовать стабилизации и частичному восстановлению нарушенных экосистем, в том числе сохранению биологической продуктивности. Для объективной оценки состояния экосистем необходимо проведение экологического мониторинга, который позволит получить ряд многолетних наблюдений, характеризующих длительный цикл воздействия гидростроительства на фауну рассматриваемой территории.

Для каждого типа мест обитаний животных в пределах территории влияния гидростроительства составляются списки видов, определяется их численность. Биомасса животных разных видов до гидростроительства является базовой и для прогнозирования изменений в сообществах в разные периоды функционирования гидросооружений.

Выявление разницы в биомассе животных в условиях изменившейся экосистемы в сравнении с предшествующими первичными экосистемами до создания гидроузла является основным принципом расчета ущербов.

Различают качественный и количественный ущерб животному миру в пределах территории влияния гидроузла.

Количественный ущерб - влияние гидростроительства на круговорот вещества в экосистемах за счет изъятия определенной биомассы животных как компонента природных комплексов. Показателями ущерба являются:

· полное изъятие части популяции видов, населявших зоны затопления, переработки берегов и сильного подтопления водохранилища;

· недополучение вторичной продукции в виде молодых особей.

Количественная сторона ущерба может быть представлена в стоимостном выражении. В основном, расчет ущерба, наносимого в результате гидростроительства, относится к наземным позвоночным животным. Стоимостная оценка биомассы дается для различных групп животных и отражает их потребительскую стоимость в зависимости от хозяйственного использования и значения для экономики. Выделяют три основных группы видов:

· охотничье-промысловые;

· редкие и исчезающие виды, занесенные в Красную Книгу;

· хозяйственно неиспользуемые.

Качественная сторона ущерба животному миру при гидростроительстве заключается в нарушении биоразнообразия сообществ:

· в снижении видового разнообразия;

· в изменении структуры сообществ;

· в переходе массовых и обычных видов в категорию редких и исчезающих.

Качественный ущерб может быть выражен только в экологических понятиях.

Эколого-экономический ущерб животному миру на территории влияния гидроузла определяется как сумма ущербов в различных зонах влияния. Если ущерб обусловлен деятельностью, изменяющей среду обитания животных и приводящей к нарушению воспроизводства популяции, то размер компенсационных выплат устанавливается с учетом всей территории, испытывающей негативное влияние на все время этого влияния.

Порядок оценки эколого-экономического ущерба, нанесенного животному миру в результате гидростроительства, определяется с использованием Методики [29].

1.3.6 Изменения растительности

Использование земли для строительства гидротехнических сооружений и создания водохранилищ приводит к отчуждению и сокращению площадей, занятых растительностью (луговой, кустарниковой, лесной и т.д.), а также к изменению условий произрастания растительности на территории, подверженной влиянию гидроузла. Изменение влажности и гидрохимического состава почв, изменение климатических условий вблизи водохранилищ и их нижних бьефов может оказать заметное влияние на интенсивность развития растений, создать благоприятные условия для одних видов и неблагоприятные для других. Эти вопросы должны найти отражение при анализе воздействия ГТС на окружающую среду.

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.

В нижнем бьефе в результате зарегулирования стока изменяются условия, формирующие почвенный покров и пойменную растительность. Формирование естественных лугов и их качество (краткопоемные, среднепоемные, долгопоемные) обусловлено частотой и продолжительностью затопления весной, степенью выраженности аллювиального процесса, что тесно связано с рельефом местности, высотным расположением лугов в долине реки, климатическими условиями района. Одним из характерных примеров изменения условий служит рассмотренный в процесс преобразования русловых побочней в пойму, обусловленный регулированием стока и трансформацией русла.

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 и краткопоемных) более низкого кормового качества.

Обезвоживание отрицательно влияет на пойменные заливные луга (сенокосы и пастбища), расположенные в пределах горизонта паводка 25% обеспеченности. Однако для некоторых природных зон этот фактор может носить и положительный характер, например, снижение пойменной заболоченности при регулировании стока на участках нижнего бьефа Колымской и Усть-Среднеканской ГЭС.

Изменение водного режима реки в результате зарегулирования стока может привести к сокращению площади поймы, инициировать изменение сложившегося в предшествующий период динамического равновесия в направлении формирования нового равновесного состояния пойменных ландшафтов (во многих случаях с преобладанием процессов облесения) в соответствии с изменившимся комплексом факторов поймообразования.

Изменения первичных экологических режимов пойменного комплекса затрагивают все его составляющие: луга, болота, древесно-кустарниковые сообщества, прибрежно-водные сообщества.

Изменение в растительном покрове поймы нижнего бьефа происходит и в результате срезки уровней в период летне-осенних наводнений (в основном это положительное влияние), что должно также учитываться при прогнозировании водного режима зарегулированных водотоков.

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.

Образование в нижнем бьефе в зимний период полыньи и изменение микроклимата в прибрежной полосе (повышение влажности и температуры, появление туманов) также может оказывать угнетающее влияние на растительный покров прибрежных территорий.

При определении влияния гидротехнического строительства на растительность следует прогнозировать возможные изменения, которые касаются:

· флористического разнообразия растительности;

· количества основных (преобладающих), а также редких и исчезающих видов растительности;

· ареалов распространения различных видов растительности;

· структуры растительного и почвенного покрова на различных участках местности в зоне воздействия объекта;

· соотношения площадей, занятых различными видами растительности;

· границ растительных сообществ и размеров участков, подвергающихся подтоплению, заболачиванию, иссушению.

Для снижения неблагоприятного воздействия на растительность в проекте строительства гидроузла должны намечаться мероприятия по сохранению редких и исчезающих видов растительности (перенос на другие участки, сбор семян и др.).

В существующей практике прогноза преобразования пойменного комплекса в нижнем бьефе в результате строительства гидроузлов при удовлетворительной прогнозируемости долгосрочных изменений имеются затруднения в предсказании краткосрочных процессов (на 10-15 лет), что связано с отсутствием необходимых материалов о состоянии компонентов экосистем и процессах их эволюционных и циклических изменений.

1.4 Экономические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ

1.4.1 Воздействие ГТС на земельные ресурсы

Изменения, вносимые созданием и эксплуатацией ГТС в режим водотока, как и изменения, происходящие в атмосфере, литосфере и биосфере в пределах зоны влияния гидроузла, приводят к изменениям в природных ресурсах и базирующихся на них отраслях хозяйства. Согласно Земельному кодексу, "регулирование отношений по использованию и охране земли осуществляется исходя из представлений о земле как о природном объекте, охраняемом в качестве важнейшей составной части природы, природном ресурсе, используемом в качестве средства производства в сельском хозяйстве и лесном хозяйстве и основы осуществления хозяйственной и иной деятельности на территории Российской Федерации".

При проектировании ГТС и разработке решений, обеспечивающих оптимальный водный режим, необходимо всесторонне изучить природные и хозяйственные условия региона, что позволит установить целесообразное соотношение земельного фонда как элемента природной среды и земельного фонда как природного ресурса.

Использование земли для строительства ГТС приводит к отчуждению и сокращению площадей этого невозобновимого природного ресурса, а также к нарушению или загрязнению поверхности отводимых и прилегающих земель в процессе строительства ГТС.

Для охраны природных ресурсов при строительстве проектные решения должны обеспечивать:

· сохранность особо охраняемых территорий и ценных объектов окружающей среды при выборе створа гидроузла;

· снижение землеемкости проектируемых сооружений, включая водохранилище;

· рациональное использование земель при складировании строительных отходов, образовании свалок;

· своевременную рекультивацию земель, нарушенных при строительстве;

· снятие и использование почвенного слоя для рекультивации нарушенных земель или улучшение качества непродуктивных и малопродуктивных сельхозземель.

К территориям природоохранного назначения относятся заказники и нерестоохранные зоны, территории лесов, выполняющих защитные функции, памятники природы и др.

При проектировании ГТС должно рассматриваться постоянное и временное изъятие земель. В проекте строительства ГТС дается характеристика изымаемых земель, их кадастровая оценка, выявляется стоимость ущерба от изъятия земель в сельском и других отраслях хозяйства, намечаются компенсационные мероприятия по освоению новых территорий.

При временном изъятии земель в проекте должна быть предусмотрена их рекультивация после использования в строительстве.

1.4.2 Воздействие ГТС на сельское хозяйство

Строительство гидроузлов, создание водохранилищ и изменение водного режима в нижнем бьефе оказывают большое влияние на сельское хозяйство региона. Направленность этого влияния во многом зависит от того, к каким последствиям на той или иной территории привело изменение водного и руслового режима водотока.

На территории, предназначенной для создания водохранилища в зоне постоянного затопления безвозвратно изымаются земли природоохранного назначения и сельскохозяйственные земли: пашня, сенокосные и пастбищные угодья, многолетние насаждения, приусадебные земли. Поэтому при выборе параметров гидроузла (створа, отметки НПУ и т.д.) определяющее значение должно иметь наименьшее изъятие ценных земель.

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.

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.

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.

При определении влияния гидроузлов на продуктивность и сельскохозяйственное использование пойменных земель (в основном пойменную растительность - луга) в нижнем бьефе гидроузла необходимо учитывать, что условия паводкового затопления земель в долинах рек определяют степень их сельскохозяйственной продуктивности, состав и качество сельскохозяйственных угодий.

Водный режим рек в нижнем бьефе рассматривается как в целом за вегетационный период, так и по отдельным его составляющим — весенний, летний и осенний периоды, в каждом из которых те или иные факторы водного режима могут быть положительными и отрицательными. Причем действие этих факторов различно в зависимости от строения (рельефа) поймы, гидрологических, агроклиматических и других местных условий.

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

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%.

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.

При оценке влияния строительства гидроузла на сельское хозяйство следует учитывать снижение вероятности и продолжительности наводнений за счет аккумуляции воды в водохранилище и уменьшения паводковых расходов воды в нижнем бьефе.

Отрицательное влияние мощных наводнений на сельское хозяйство проявляется в потере плодородного почвенного слоя (смыв), загрязнении и захламлении земельных угодий, гибели урожая различных культур, снижении продуктивности и возможностей использования естественных лугов (сенокосов и пастбищ).

Регулирование стока рек является мощным оружием в борьбе с наводнениями и может обеспечить снижение частоты, продолжительности и мощности наводнений. Проектируемый водный режим должен включать оптимальные варианты как по созданию регулирующей противопаводковой емкости, так и по максимальной срезке уровней в периоды наводнений.

При определении влияния наводнений на сельскохозяйственное производство должна устанавливаться взаимосвязь водного режима рек и использования земель, после чего через систему агроэкономических показателей оцениваться влияние регулирования стока на природную и экономическую ценность земель в нижнем бьефе.

Отмеченные факторы показывают насколько необходима оценка уровенного режима реки на участке, где в наибольшей мере ощутимо влияние суточного регулирования стока. Большое значение также имеют процессы трансформации русла в нижнем бьефе и регрессивной аккумуляции наносов в зоне выклинивания подпора водохранилищ. Прогноз этих явлений может внести коррективы в схему регулирования стока, направленные на снижение негативного влияния этих процессов.

1.4.3 Воздействие ГТС на рыбные ресурсы и рыбное хозяйство

Строительство гидроузлов обусловливает, как правило, негативное воздействие на природные биологические ресурсы водных объектов, в том числе на состояние рыбных запасов. В связи с этим при проектировании гидроузлов необходимо выполнение работ по следующим направлениям:

· изучение биологических ресурсов водных объектов, подверженных влиянию гидротехнических сооружений, в бытовых условиях;

· прогнозирование влияния строительства и эксплуатации ГТС на биологические ресурсы;

· оценка этого влияния в натуральных и стоимостных показателях;

· разработка мероприятий по снижению негативных последствий строительства и эксплуатации ГТС на биологические ресурсы и по компенсации ущербов.

В результате изучения биоресурсов водных объектов, подверженных влиянию проектируемого ГТС, должна быть разработана рыбохозяйственная характеристика, включающая сведения о рыбохозяйственной категории водного объекта, о видовом составе рыб, в том числе основных промысловых и проходных видах, о полной и рыбохозяйственной продуктивности, о существующем рыбохозяйственном использовании водного объекта (по данным уловов за последние пять лет), о перспективах рыбохозяйственного использования водного объекта.

Прогнозирование влияния ГТС позволяет определить границы водных объектов, в акватории которых можно ожидать проявлений негативного воздействия на биоресурсы. В пределах этих акваторий должны быть определены:

· расположение, границы, площади и продуктивность нерестилищ с указанием видового состава нерестующихся промысловых рыб и сроках нереста;

· места сосредоточения молоди с указанием их границ, площади, а также видового состава, периодов выклева молоди и ее концентрации на единицу объема воды;

· пути миграции нерестовых и проходных рыб с указанием сроков миграции и видового состава мигрантов;

· зимовальные ямы, их площади, границы, видовой состав рыб, зимующих в них, плотности зимних скоплений рыб.

Эти сведения составляют рыбохозяйственную характеристику водного объекта и (или) его участка, они разрабатываются организациями Главрыбвода РФ на основании материалов государственного учета или рыбохозяйственного кадастра водного объекта; при их отсутствии проводятся специальные исследования.

Для снижения негативного воздействия проектируемого объекта определяется характер и степень влияния каждого фактора (из числа рассмотренных в предыдущих главах) на условия формирования рыбных запасов водного объекта с учетом их состояния на момент проектирования.

На основе этого назначается состав и объем необходимых рыбоохранных или восстановительных мероприятий.

В случае невозможности предотвращения негативного воздействия на рыбные запасы разрабатывается рыбоводно-биологическое обоснование по определению размера ущерба и направлению компенсационных мероприятий.

При проектировании и строительстве гидротехнических сооружений одновременно проектируют мероприятия по рыбохозяйственному освоению будущего водохранилища.

Научные и проектные работы по рыбохозяйственным мероприятиям выполняют специализированные проектные организации.

Представляемая на рассмотрение и согласование органам Главрыбвода РФ проектная документация на строительство гидротехнических сооружений должна содержать:

· предложения по организации и срокам работ в акватории рыбохозяйственных водоемов, исходя из необходимости соблюдения условий для сохранения и воспроизводства рыбных запасов;

· расчеты возможного ущерба рыбным запасам при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений;

· перечень и состав компенсационных мероприятий, направленных на восстановление наносимого ущерба рыбному хозяйству.

1.4.4 Воздействие ГТС на судоходство

Зарегулирование стока и создание водохранилищ позволяют обеспечивать повышенные по сравнению с бытовым состоянием нормированные судоходные глубины. Тем самым достигается увеличение допустимой осадки судов, их грузоподъемности и грузооборота водотока как судоходного пути. Влияние гидроузла на ледотермический режим позволяет значительно удлинить навигационный период на замерзающих реках.

В период строительства гидроузла при сужении русла перемычками, при перекрытии русла нарушение гидравлического режима реки может отрицательно сказаться на условиях навигации. При проектировании условий пропуска строительных расходов через створ гидроузла необходимо учитывать требования, обеспечивающие безаварийность судовождения в районе строящихся сооружений: скорости потока и искривление течения по оси судового хода не должны превышать допустимых значений. Необходимо также учитывать переотложение наносов, вымываемых водным потоком из суженного перемычками русла и осаждающихся ниже створа строящихся сооружений нередко с образованием мели или бара (переката), которые затрудняют судоходство вследствие уменьшения глубин.

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.

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. 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 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.

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.

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.

1.4.5 Воздействие ГТС на водоснабжение

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, которые приводят к необходимости дополнительной очистки воды с целью снижения концентрации содержащихся в ней компонент до уровня, не превышающего ПДК.

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, 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.

В нижних бьефах гидроузлов негативное влияние на работу водозаборных сооружений могут оказывать следующие явления:

· падение уровней воды вследствие трансформации русла нижнего бьефа;

· повышенная заносимость русла вследствие переотложений наносов в процессе трансформации русла;

· шуголедовые явления в начальный период зимнего сезона и в местах расположения полыней.

Эти же явления могут оказывать неблагоприятное воздействие и на водовыпускные сооружения.

В нижних бьефах ГЭС, осуществляющих суточное и недельное регулирование мощности, необходимо соблюдение базового попуска, обеспечивающего командные уровни на водозаборных сооружениях.

Изменения гидрогеологической ситуации в зоне влияния водохранилищ могут повлиять на условия забора подземных вод как в сторону их улучшения, так и в сторону ухудшения. Анализ этого влияния необходим для решения вопроса дальнейшего функционирования водозаборов из подземных источников.

1.4.6 Воздействие ГТС на рекреацию

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.

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.

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.

Как вид интенсивного природопользования рекреация требует контролируемого и регулируемого развития. Даже в пределах одного достаточно крупного водохранилища на различных участках его акватории и береговой зоны необходим дифференцированный подход к организации рекреационной деятельности с прогнозом ее возможных негативных последствий. Другим направлением рационализации использования зарегулированных рек в целях рекреации может стать комплексный учет противоречий между отдельными видами отдыха и поиск путей согласования их интересов [27].

1.4.7 Воздействие ГТС на социально – демографическую сферу

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 [6, 28]. 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).

Социальный аспект влияния гидротехнического строительства затрагивает различные социально-демографические процессы. Среди них выделяются следующие положительные последствия, которые имеют как непосредственное, так и косвенное отношение к строительству и эксплуатации гидротехнических объектов:

· создание высокооплачиваемых рабочих мест и повышение квалификации занятых в общественном производстве работников;

· развитие социальной инфраструктуры, строительство современного благоустроенного жилья в районе создаваемого гидроузла, улучшение условий энергоснабжения включаемых в энергосистему населенных пунктов (появление возможности стабильного круглогодичного обеспечения горячей водой и перевода на электроснабжение в условиях дефицита органического топлива в зимний период, предоставление льгот на оплату электроэнергии);

· развитие строительной индустрии региона;

· увеличение притока денежных средств в субъект РФ, на территории которого создается гидроузел, в виде инвестиций в строительство, а в последствии — налоговых отчислений;

· развитие в связи со строительством гидроузла сухопутных транспортных связей с соседними регионами, что, наряду с улучшением условий судоходства, создает более благоприятные условия для добычи и транспортировки полезных ископаемых и других ресурсов региона;

· повышение надежности энергоснабжения, появление современных средств связи и телекоммуникаций, способствующих повышению уровня образования населения с минимальным отрывом от родной среды;

· снижение себестоимости электроэнергии в системе, в которую включается ГЭС (при условии замещения выработки тепловых и/или дизельных электростанций);

· увеличение доли водных ресурсов, доступных к хозяйственному освоению и рекреационному использованию;

· экономия органического топлива, ведущая к снижению выбросов в атмосферу загрязняющих веществ и, соответственно, вероятности выпадения кислотных дождей и загрязнения почв тяжелыми металлами и опасными соединениями.

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.

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.

Изменения климатических условий в районе расположения гидроузла, состава атмосферного воздуха и качества воды в верхнем и нижнем бьефах могут отразиться на состоянии здоровья населения. При прогнозировании возможных медико-биологических последствий этих изменений следует руководствоваться рекомендациями [25].

При разработке проекта переселения населения производятся:

· обследование населенных пунктов и отдельно расположенных сооружений в зоне влияния гидроузла;

· определение степени воздействия ГТС на населенные пункты и отдельно расположенные сооружения;

· разработка проектных решений по размещению и хозяйственному устройству переселяемого населения;

· определение объемов работ и затрат, связанных с восстановлением населенных пунктов, промышленных предприятий и прочих хозяйственных объектов;

· определение площади земель, необходимых для размещения переносимых населенных пунктов и других объектов, а также приусадебных участков;

· установление состава и размеров убытков, связанных с выносом строений и сооружений, подлежащих возмещению землепользователям и водопользователям.

При оценке воздействия строительства на социально-демографическую среду стоимость переселения и возмещения убытков землепользователей определяется Генеральным проектировщиком с привлечением специализированных организаций.

Прогнозирование социально-демографических процессов при проектировании ГТС может существенно повлиять на выбор створа сооружений, его типа, темпов строительства как самого гидротехнического объекта, так и объектов инфраструктуры. Большое внимание при этом должно уделяться мерам по снижению вероятности возможных конфликтных ситуаций [28].

1.5 Разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ

1.5.1 Экологический сток

При установлении нормативов предельно допустимого изъятия речного стока нет единого подхода, и ключевой является задача определения величины "критического" стока воды, не обеспечение которого негативно сказывается на речной экосистеме, т.е. вызывает ее деградацию. На данный момент степень предельно допустимого истощения водных ресурсов (ПДИ) экологически не обоснована и не имеет официальных нормативов.

В качестве экологического критерия, регламентирующего безвозвратное изъятие водных ресурсов из водотоков, целесообразно использовать значение экологического стока. Под экологическим стоком понимается режим речного стока, необходимый для поддержания экологической целостности речных экосистем (Фащевский Б.В., 1993; Дубинина В.Г., 2002; Маркин В.Н., 2003; Dyson et al . , 2003; Владимиров А.М., Орлов В.Г., 2005; Данилов-Данильян В.И., 2006; и др.).

Для сохранения водных экосистем необходимо ограничить допустимую степень регулирования определенными рамками в виде соответствующей величины стока, названного экологическим. При этом количественная оценка экологического стока, базируется на оценке взаимосвязи элементов гидрологического режима и биоценозов поймы русла.

Термин "экологический сток" подразумевает внеэкономический подход. Экологический сток учитывает фазы развития водного режима и включает и весеннее половодье, и дождевые паводки, и летнюю и зимнюю межени. При этом использовать термин "минимальный" (необходимый, допустимый и т.п.) представляется недопустимым, т.к. остаточный экологический сток весеннего половодья и дождевых паводков в год 25%-ной обеспеченности принимается равным естественному стоку 50%-ной обеспеченности. Поэтому о минимуме говорить не корректно.

Экологический сток учитывает весь природный комплекс речных систем – рыбу, луга, леса, птиц, млекопитающих, поэтому отпадает необходимость говорить о сельскохозяйственных, рыбохозяйственных и т.п. расходах (попусках), обеспечивающих необходимые глубины, скорости, затопление поймы и т.п [30].

Анализ кривых связи урожайности пойменных лугов, воспроизводства фито- и зоопланктона, донных беспозвоночных и уловов рыбы со сдвигом на срок достижения промыслового возраста, воспроизводства околоводных млекопитающих и птиц с гидрологическими характеристиками показывает, что для средних и крупных рек минимум продуктивности приходится на очень маловодные и очень многоводные годы, а по мере приближения к среднему по водности году воспроизводство всех видов организмов нарастает и достигает максимума. Следует при этом помнить, что этот вывод относится к средним многолетним кривым, а в отдельные годы могут наблюдаться отклонения в ту или иную сторону от средней.

Слабое затопление или незатопление поймы в весенне-летний период приводит к снижению площади кормовых угодий и кормовой базы всех видов рыб (т.к. пойма является основной фабрикой кормов всех гидробионтов), что ведет к резкому снижению их воспроизводства. Маловодье осенне-зимнего периода нарушает условия нереста литофильных рыб, особенно в период ледостава отмечается заморы и перемерзание нерестовых бугров осенне-нерестующих видов. Отсутствие затопления поймы снижает урожайность луговой растительности и ухудшает условия воспроизводства водоплавающих птиц и млекопитающих (снижение кормовой базы, ухудшение условий гнездования и т.п.).

Таким образом, на кривой обеспеченности гидрологических характеристик (объемов половодья, сроков затопления, среднего уровня за половодье, глубины межени и др.) выделяются предельные значения величин соответствующей частоты повторения, которые могут быть обозначены как красные линии – 0,1 и 99,9 %. Действительно, хорошо известно, что в течение ближайших 1000 лет необратимых изменений в большей части речных и озерных экосистем в естественных условиях развития природы (без воздействия человека) не произошло, т.е. имели место катастрофически многоводные и катастрофически маловодные годы, очень многоводные и очень маловодные (5-10 % и 90-95 % обеспеченности, повторяющиеся иногда 2 года подряд). Однако по мере дальнейшего повторения лет, близких по водности к среднему (40-60 % обеспеченности) с учетом внутригодового режима, экосистема восстанавливалась в исходное состояние. В этом случае устойчивость экосистемы, ее гомеостаз обеспечиваются ритмическими колебаниями гидрологических характеристик по вертикали (по величине), по горизонтали (по времени внутри года) и по частоте (по времени от года к году).

Устойчивость или надежность геосистемы оценивается вероятностью его безотказного функционирования в течение длительного периода времени в определенных граничных условиях. Устойчивость речных геосистем (экосистем) зависит от устойчивости ее отдельных компонентов. В естественной природе надежность функционирования геосистем (экосистем) приближается к 100%, однако никогда не достигает этой величины вследствие того, что и в естественной обстановке существуют природные катаклизмы (катастрофы) – землетрясения, селевые паводки, вулканическая деятельность, подвижки ледников, катастрофические засухи и др.

Учитывая, что надежность и устойчивость эко- и геосистем базируется на вероятностных процессах, описываемых кривыми распределения, кривая распределения в этом случае описывает некую систему, способную сохранять устойчивость в пределах колебаний от 0,1 до 99,9%-ной обеспеченности. Подтверждением этому служат сравнительные данные параметров кривых распределения (обеспеченности), характеризующих речной сток (половодья, паводков, межени), кислородный режим, урожайность лугов, уловы рыбы, урожайность сеголеток рыбы, биомассу и численность зоопланктона, добычу шкурок и др.

Нижний предел допустимых изменений может расцениваться по степени равноущербности компонентам живой природы в расчетные по водности годы. Известно, что для большинства рек в период весеннего половодья в годы 95%-ной обеспеченности поймы их не затапливаются. Аналогичная картина наблюдается в половодье и в годы 99%-ной обеспеченности [30].

В целом годовой сток 99%-ной обеспеченности соответствует вековым запасам водных ресурсов в речной системе. Аналогично в озерах уровень 99%-ной обеспеченности соответствует вековым запасам воды в озере.

Верхним пределом, соответствующим наиболее благоприятным экологическим уровням жизни реки является год 95%-ной обеспеченности по водности. Таким образом, относя 50%-ный естественный сток к 25% обеспеченности экологического стока и 99%-ный естественный сток к 95% экологического и соединив их логнормальной кривой на клетчатке вероятностей, мы получаем кривую обеспеченности экологического стока [30].

Следует отметить, что речной сток, выражаемый расходами воды в оставляемых ниже створах регулирования и изъятия водных ресурсов для охраны природы несет в себе большую смысловую нагрузку, чем только количество воды. Поэтому экологический сток служит комплексным показателем, учитывающим все перечисленные выше гидрологические характеристики.

2 Правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области защиты и охраны водных ресурсов

Основным законом Российской Федерации является Конституция РФ, которая гласит то, что "Человек, его права и свободы являются высшей ценностью. Признание, соблюдение и защита прав и свобод человека и гражданина - обязанность государства".

В соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, каждый обязан сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам, которые являются основой устойчивого развития, жизни и деятельности народов, проживающих на территории Российской Федерации.

В соответствии с этим принят ряд законов и правовых нормативных актов регламентирующих положение данной статьи, которые представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Основные нормативно – правовые акты в области защиты и охраны водных ресурсов.

Федеральный закон определяет правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности.

Федеральный закон регулирует отношения в сфере взаимодействия общества и природы, возникающие при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, связанной с воздействием на природную среду как важнейшую составляющую окружающей среды, являющуюся основой жизни на Земле, в пределах территории Российской Федерации, а также на континентальном шельфе и в исключительной экономической зоне Российской Федерации.

Основные принципы охраны окружающей среды

Хозяйственная и иная деятельность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц, оказывающая воздействие на окружающую среду, должна осуществляться на основе следующих принципов:

· соблюдение права человека на благоприятную окружающую среду;

· обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности человека;

· научно обоснованное сочетание экологических, экономических и социальных интересов человека, общества и государства в целях обеспечения устойчивого развития и благоприятной окружающей среды;

· охрана, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов как необходимые условия обеспечения благоприятной окружающей среды и экологической безопасности;

· ответственность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления за обеспечение благоприятной окружающей среды и экологической безопасности на соответствующих территориях;

· платность природопользования и возмещение вреда окружающей среде;

· независимость контроля в области охраны окружающей среды;

· презумпция экологической опасности планируемой хозяйственной и иной деятельности;

· обязательность оценки воздействия на окружающую среду при принятии решений об осуществлении хозяйственной и иной деятельности;

· обязательность проведения в соответствии с законодательством Российской Федерации проверки проектов и иной документации, обосновывающих хозяйственную и иную деятельность, которая может оказать негативное воздействие на окружающую среду, создать угрозу жизни, здоровью и имуществу граждан, на соответствие требованиям технических регламентов в области охраны окружающей среды; (в ред. Федерального закона от 18.12.2006 N 232-ФЗ)

· учет природных и социально-экономических особенностей территорий при планировании и осуществлении хозяйственной и иной деятельности;

· приоритет сохранения естественных экологических систем, природных ландшафтов и природных комплексов;

· допустимость воздействия хозяйственной и иной деятельности на природную среду исходя из требований в области охраны окружающей среды;

· обеспечение снижения негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду в соответствии с нормативами в области охраны окружающей среды, которого можно достигнуть на основе использования наилучших существующих технологий с учетом экономических и социальных факторов;

· обязательность участия в деятельности по охране окружающей среды органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, общественных и иных некоммерческих объединений, юридических и физических лиц;

· сохранение биологического разнообразия;

· обеспечение интегрированного и индивидуального подходов к установлению требований в области охраны окружающей среды к субъектам хозяйственной и иной деятельности, осуществляющим такую деятельность или планирующим осуществление такой деятельности;

· запрещение хозяйственной и иной деятельности, последствия воздействия которой непредсказуемы для окружающей среды, а также реализации проектов, которые могут привести к деградации естественных экологических систем, изменению и (или) уничтожению генетического фонда растений, животных и других организмов, истощению природных ресурсов и иным негативным изменениям окружающей среды;

· соблюдение права каждого на получение достоверной информации о состоянии окружающей среды, а также участие граждан в принятии решений, касающихся их прав на благоприятную окружающую среду, в соответствии с законодательством;

· ответственность за нарушение законодательства в области охраны окружающей среды;

· организация и развитие системы экологического образования, воспитание и формирование экологической культуры;

· участие граждан, общественных и иных некоммерческих объединений в решении задач охраны окружающей среды;

· международное сотрудничество Российской Федерации в области охраны окружающей среды.

Федеральный закон об особо охраняемых природных территориях

Особо охраняемые природные территории – участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны.

Особо охраняемые природные территории относятся к объектам общенационального достояния.

Настоящий Федеральный закон регулирует отношения в области организации, охраны и использования особо охраняемых природных территорий в целях сохранения уникальных и типичных природных комплексов и объектов, достопримечательных природных образований, объектов растительного и животного мира, их генетического фонда, изучения естественных процессов в биосфере и контроля за изменением её состояния, экологического воспитания населения.

Федеральный закон о безопасности гидротехнических сооружений

3. Оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа

Алгоритм расчета экологического стока при наличии длительных рядов наблюдений сводится к следующей последовательности операций:

- формируются матрицы среднемесячных расходов воды и рассчитываются среднегодовые расходы воды;

- определяются расчетные значения естественного годового стока различной обеспеченности;

- по установленным на основе массового машинного эксперимента соотношения обеспеченности естественного и экологического стока принимаются следующие значения годового стока 99% естественного как 95% экологического, 75% естественного как 50% экологического, 50% естественного как 25% экологического и т.д. [30];

- относительное (в долях от единицы) расчетное внутригодовое распределение экологического стока принимается равным распределению естественного стока той же смежной обеспеченности (99%-95%, 95%-85% и т.д.);

3.2 Проверка на однородность

Для расчета экологического стока используются ряды гидрологических наблюдений за расходами воды (Q) за многолетний период (Т), которые подвергаются статистической обработке. Ее проведение предполагает однородность исходных величин и их случайный характер. Если степень случайности определяется естественными причинами, то нарушение однородности значений временных рядов зависит в основном от искусственных факторов. Поэтому в условиях активного антропогенного воздействия на водный режим, необходим анализ однородности исходной гидрологической информации. Анализ однородности временных рядов может проводиться графически и заключается в построении суммарных кривых связей вида ΣQ=f(T). Основное их свойство заключается в том, что при неизменном режиме колебаний гидрологических характеристик суммарная кривая является осредненной прямой линией, при нарушении режима она отклоняется от прямой под углом [31].

При проведении графического анализа по 4 постам рек Башкортостана, на которых расположены крупнейшие в республике водохранилища (рис. 3),

- р. Уфа – с. Верхний Суян.

- р. Уфа – створ Павловской ГЭС,

- р. Белая – г. Уфа,

- р. Белая – г. Бирск,

Рисунок 3 – Схема распределения исследуемых постов.

После анализа однородности строятся кривые обеспеченности среднегодовых расходов воды (м³ /с) по исследуемым постам, значения обеспеченности для которых рассчитывается по формуле:

,

где p – вероятность превышения величины стока в процентах;

m – порядковый номер величины среднегодового расхода воды в ранжированном по убыванию ряду;

n – общее количество членов убывающего ряда расхода воды.

Таким образом, строятся три кривые внутригодового распределения стока:

· естественный (до строительства гидроузлов);

· экологический (согласно вышеприведенному методу от естественного);

· измененный (после строительства водохранилища).

3.3 Расчет экологического стока для рек Республики Башкортостан

В исследуемом периоде (1878-1998гг.) выделены два этапа антропогенного воздействия на рр. Белую и Уфу, отличающиеся различной интенсивностью и характеризующие изменение режима речного стока в результате гидротехнического строительства:

· 1878-1960гг. - период от начала гидрометрических наблюдений до ввода в эксплуатацию Павловского водохранилища назван условно-естественным периодом;

· 1961-1998гг. – период функционирования гидроузла назван периодом измененного речного стока.

Для оценки произошедших количественных изменений речного стока и их влияния на устойчивость речной экосистемы в качестве экологического критерия, учитывающего взаимосвязь элементов гидрологического режима и биоценозов поймы русла, использован экологический сток.

Для расчета среднемесячных значений экологического стока рр. Белой и Уфы (по методике Фащевского Б.В.) в исследуемых створах построены эмпирические кривые обеспеченности ежемесячных значений расходов воды за условно-естественный период (1878-1960гг.), на основании которых построены кривые обеспеченности экологического стока. Также построены кривые обеспеченности ежемесячных значений расходов воды в створах для измененного периода (1961-1998гг.).

По полученным кривым определены среднемесячные значения естественного, экологического и измененного стока рр. Белой и Уфы в диапазоне варьирования 25-95 % обеспеченности (многоводный - очень маловодный год), которые приведены в таблицах:

Таблица 6. Расчетные характеристики внутригодовых значений экологически необходимых расходов воды, м³ /с для р. Уфа - с. Верхний Суян

Таблица 7. Расчетные характеристики внутригодовых значений экологически необходимых расходов воды, м³ /с для р. Уфа – ПГЭС

Таблица 8. Расчетные характеристики внутригодовых значений экологически необходимых расходов воды, м³ /с для р. Белая – г. Уфа

Таблица 9. Расчетные характеристики внутригодовых значений экологически необходимых расходов воды, м³ /с для р. Белая – г. Бирск

Анализ полученных данных показывает, что Павловский гидроузел в весенне-летний паводок сдерживает большие массы воды, а в межень, наоборот, увеличивает, тем самым, выравнивая кривую внутригодового стока. Однако измененный сток лежит выше пределов экологического только в годы 25% и 50% обеспеченности, в то время как в годы с более вероятной водностью (75% и 95%) экологический сток не обеспечивается. Ниже по течению влияние уменьшается, но даже в районе г. Уфы сохраняется необеспеченность экологического стока в годы с 95% - ой обеспеченностью.

На основе полученных результатов построены гидрографы речного стока (естественного, экологического и измененного) для исследуемых створов, представленные на рисунках 4,5,6,7.

Рисунок 4. Диаграмма стока (р. Уфа – с. Верхний Суян) при 95 % обеспеченности

Из рисунка 4 видно, что на р. Уфа в створе с. Верхний Суян в весеннее – летний период экологический сток не обеспечивается.

Рисунок 5. Диаграмма стока (р. Уфа – ПГЭС) при 95 % обеспеченности

Из рисунка 5 видно, что Павловский гидроузел в период с середины апреля до начала июня сдерживает большие массы воды, тем самым не обеспечивая экологический сток.

Рисунок 6. Диаграмма стока (р. Белая – г. Уфа) при 95 % обеспеченности

Из рисунка 6 видно, что на р. Белая в створе г. Уфы в весенний и летний периоды не обеспечивается экологический сток.

Рисунок 7. Диаграмма стока (р.Белая – г. Бирск) при 95 % обеспеченности

Из рисунка 7 видно, что на р. Белая в створе г. Бирск экологический сток незначительно отличается от измененного стока. На основании этого можно сделать вывод, что строительство Павловского водохранилища незначительно повлияло на водоток р. Белой в створе г. Бирск. Ввиду того, что г. Бирск достаточно отдален от ПГЭС.

Анализ кривых показал, что в месяцы половодья гидроузлы сдерживают слишком большие объемы стока, в результате чего экологический сток не обеспечивается.

В ситуации, когда нормирование степени зарегулирования стока гидротехническими сооружениями основывается только на экономических требованиях и частично на требованиях безопасности при паводках, официальных нормативов по влиянию количества оставляемого в нижнем бьефе гидроузлов стока не существует. Поэтому полученные результаты позволяют рекомендовать данный критерий для использования при планировании деятельности водохранилищ с учетом экологических особенностей водотоков, водности года и в зависимости от фазы водного режима объекта.

Заключение

1. На основе литературного обзора следует вывод, что, создавая плотины и водохранилища для получения энергии и решения проблем водного хозяйства, человек неизбежно и сознательно идет не только на изменение природной среды, активное вторжение в окружающую природу, и это вторжение влечет за собой перестройку экосистемы на определенной территории, но и на создание нового потенциально опасного объекта.

Строительство водохранилищ имеет позитивные экономические и негативные экологические последствия, включая потенциальную опасность для населенных пунктов, лежащих на прилегающих к водохранилищу территориях. (Однако следует отметить, что значительные или заметные изменения в окружающей среде вызывают преимущественно крупные и некоторые средние водохранилища. Влияние небольших и малых водохранилищ на природу и хозяйство территории обычно невелико, а нередко и положительно.) Позитивная сторона довольно ясна: производство энергии, водоснабжение промышленных центров, ирригация и улучшение условий для водного транспорта, рекреация и др.

Негативная сторона довольно многообразна и основана на реальном опыте:

1. В верхнем бьефе:

- развитие ветровой абразии;

- переработка берегов водохранилища и их трансформация;

- заболачивание новых территорий в результате подтопления их водохранилищем;

- изменение качества вод (содержание растворенного кислорода, эвтрофикация и т.д.);

- изменение термического и ледового режимов;

- аккумуляция в донных отложениях токсичных веществ;

- изменение уровневого и скоростного режимов;

- отчленение плотиной нерестилищ проходных и полупроходных рыб.

2. В нижнем бьефе:

- переосушение поймы в результате изменения водного режима;

- изменение качества вод;

- увеличение эрозионной способности благодаря осветлению воды в верхнем бьефе;

- изменение термического и ледового режимов;

- уменьшение частоты формирования руслоформирующего и поймоформирующего расходов;

- изменение местных климатических условий (увеличение влажности, скорости ветра и т.п.).

3. Произведена оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.

В результате анализа рассчитанных значений экологического стока рек РБ, выявлено, то, что строительство Павловского гидроузла вызвало гидроэкологические изменения в нижнем бьефе, а именно на р. Уфа в створе с. Верхний Суян и ПГЭС, а также на р. Белая в створе г. Уфа, где в результате строительства Павловского водохранилища не обеспечивается экологический сток в весеннее – летний период.

Также было выявлено, то что это строительство не повлияло на экологический сток р. Белой в створе г. Бирск. Это связано с тем, что г. Бирск находится на довольно большом расстоянии от ПГЭС.

Библиографический список

1. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана. – Уфа: "Китап", 2001 г.

2. Гареев А.М. Географо-экологические основы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна реки.– Челябинск, 1989 г.

3. Каганов Г.М., Румянцев И.С. Гидротехнические сооружения: Учебник для техникумов. В 2-х кн. Кн.2 - М.: Энергоатомиздат, 1994. – 272 с.

4. Водохранилища / А.Б. Авакян, В. П. Салтанкин, В.А. Шарапов. – М.: Мысль, 1987г. – 325с. – (Природа мира).

5. Гинко С. С. Основы гидротехники. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976г. – 368с.

6. Векслер А.Б., Ивашинцов Д.А., Стефанишин Д.В. Надежность, социальная и экологическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятие решений. СПб.: Изд-во ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева". 2002.

7. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат. 1998.

8. Векслер А. Б., Доненберг В. М. Переформирование русла в нижних бьефах крупных гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат. 1983.

9. Кузьмин И. А. Русловые процессы и их изменение под воздействием гидротехнических сооружений // Труды Гидропроекта. 1973. № 30. С. 37-72.

10. Лапшенков B.C. Прогнозирование русловых деформаций в бьефах речных гидроузлов. Л.: Гидрометеоиздат. 1979.

11. Векслер А.Б., Доненберг В.М., Мануилов В.Л., Фрид Р.С. Метод расчета трансформации русла в нижних бьефах гидроузлов // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Ч. 1. Т. 230. 1997. С. 115 - 130.

12. Указания по расчету заиления водохранилищ при строительном проектировании. Л.: Гидрометеоиздат. 1973.

13. Фадеев В.В., Тарасов М.Н., Павенко В.Л. Связь между гидрохимическим и водным режимом равнинных и горных рек СССР // Труды IV гидрологического съезда / Т. 9. Качество вод и научные основы их охраны. Л.: Гидрометеоиздат. 1976. С. 198-212.

14. Сборник методик расчетов и нормативных документов по курсу "Охрана атмосферного воздуха": Методические указания. Л.: Гидрометеоиздат. 1987.

15. Наставления гидрометеостанциям и постам. Вып. 7. Гидрометрические наблюдения на озерах и водохранилищах. Л. 1973.

16. Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застроенных территориях. Справочное пособие к СНиП 2.06.15-85/ ВНИИ ВОДГЕО. Стройиздат. 1991.

17. Каган А.А. Инженерно-геологическое прогнозирование. М: Недра. 1984.

18. Розовский Л.Б., Зелинский И.П. Инженерно-геологические прогнозы и моделирование. Одесса: Изд. Одесского ун-та. 1975.

19. Природные опасности России. Геокриологические опасности /Под ред. В.И. Осипова, С.К. Шойгу М.: Изд. фирма "Крук". 2000.

20. Жукинский В.Н., Оксиюк О.П. Методологические основы экологической классификации качества поверхностных вод суши // Гидробиологический журнал. 1983. Т. 19 № 2. С. 59 - 67.

21. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир. 1975.

22. Рамад Ф. Основы прикладной экологии: воздействие человека на биосферу (пер. с фр.). Л.: Гидрометеоиздат. 1981.

23. Хатчисон Д. Лимнология. М.: Прогресс. 1969.

24. Федоров М.П., Шилин М.Б., Ролле Н.Н. Экология для гидротехников. СПб.: Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1992.

25. Руководство по прогнозированию медико-биологических последствий гидротехнического строительства / Научный совет по проблемам биосферы АН СССР. М.. 1990.

26. Готлиб Я.Л., Донченко Р.В., Пехович А.И., Соколов И.Н. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС. Л.: Гидрометеоиздат. 1983.

27. Авакян А.Б., Бойченко В.К., Салтанкин В.П. Оценка рекреационного потенциала водохранилища в проектной практике // Гидротехническое строительство. 1986. № 7. С. 30-32.

28. Каякин В.В., Мулина А.В. Социально-экологический мониторинг при гидротехническом строительстве//Гидротехническое строительство. 1993. № 3. С. 2 - 8.

29. Методика оценки вреда и исчисления размера ущерба от уничтожения объектов животного мира и нарушения среды их обитания // М.: Госкомэкология России. 2000.

30. Фащевский Б. В. Основы экологической гидрологии – Минск: "Экоинвест", 1996 г.

31. Рекомендации. Анализ однородности речного стока. Центральный НИИ комплексного использования водных ресурсов, в/о "Союзводпроект". Утверждены директором ЦНИИКИВР 1 октября 1984 г.

32. Винберг Г. Г. (ред.) Общие основы изучения водных экосистем. Л.: Наука. 1976.

33. О гидрохимической изученности крупных речных бассейнов / Веселовский Н.В., Путинцева B.C., Манихина Р.К. и др. // Труды IV Всесоюзного гидрологического съезда / Т. 9. Качество вод и научные основы их охраны. Л.: Гидрометеоиздат. 1976. С. 102 - 107.

Приложение А

Выбор основных параметров проектирования и основных технических решений ГТС с позиций охраны окружающей среды и рационального природопользования

Виды оценки влияния ГТС на окружающую среду, производимые на различных этапах проектирования и эксплуатации

Нежелательные эффекты гидротехнического строительства

Перечень характерных неблагоприятных воздействий гидротехнического строительства на окружающую среду

Полезные эффекты гидротехнического строительства