Мусаев А.И., Сейтказиев А.С., Балкыбекова А.М.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, Казахстан

СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Вопросы, связанные с территориальным перераспределением водных ресурсов и созданием водохранилищ приобрели в последние годы особую остроту. Ежегодно на земном шаре вступают в строй несколько сотен новых водоемов- водохранилищ.

Десятая часть рек земного шара превращена в каскады водохранилищ, среди них – Волга, Днепр, Ангара, Миссури, Колорадо, Парана, в Казахстане Сырдарья, Иртыш, Или, в Жамбылской области реки Шу, Талас и Аса и другие.

Следует отметить, что все это создано человеком в основном за последние сорок лет. Сейчас осталось не много рек, на которых не было бы хотя бы одного водохранилища. Явлением планетарного масштаба водохранилища стали совсем недавно. Первые более или менее серьезные водохранилища появились в 20-30-е годы нашего столетия. Полный объем всех водохранилищ планеты образованных в ХIХ веке, составлял 15 км³. Для сравнения: объем Братского водохранилища на реке Ангаре – 169 км³. Особо быстрыми темпами шло создание водохранилищ в последние 55 лет. За этот период были построены все самые крупные водохранилища мира, суммарный объем которых увеличился в 10 раз[1, 2].

В Казахстане построено 200 водохранилищ общим объемом 95,5 км³ и площадью свыше 10 тыс. км², в том числе 20- многолетнего наполнения. Более 50% водохранилищ имеют объем воды 1-5 млн.м³. По хозяйственному назначению они делятся на энергетические, ирригационные, промышленного и бытового водоснабжения. Впервые гидростроительство в республике было начато в 30-х годах. Это были небольшие водохранилища-Карсакпайское для водоснабжения медеплавильного комбината, Карагандинское (Самаркандское) для водоснабжения Казахстанской «магнитки», Джартасское, Батыкское, Коктенкульское для полива колхозных и совхозных полей. В Южном Казахстане водохранилища используются главным образом для ирригации, в Северном – для водоснабжения городов и промышленности, в Западном водохранилища на реках Кушум, Уил, Темир обводняют междуречье Урал – Б.Узень.

Таким образом, сток всех крупных водных артерий Казахстана в настоящее время зарегулирован, на них созданы водохранилища многолетнего и сезонного наполнения.

Помимо своего основного назначения (водоснабжение промышленных центров, энергетика или ирригация) большинство водохранилищ используется для разведения рыб.

Кроме того, большинство водохранилищ используется для рекреационных целей, что имеет немалое значение в условиях урбанизации. Берега водохранилищ застраиваются домами отдыха, школьными лагерями, турбазами.

Наряду с положительными сторонами от создания водохранилищ имеются и негативные последствия, поскольку в корне изменяется гидрология внутренних водоемов, нарушается веками сложившиеся равновесие экосистем, происходят изменения в биологических ресурсах биосферы. Так, строительство Капчагайского водохранилища имело весьма неблагоприятные последствия для оз. Балхаш, зарегулирование стока рек Амударья и Сырдарьи привело к необратимым изменениям не только в самом Аральском море, но и в прилегающем регионе. Следовательно, при проектировании и строительстве новых водохранилищ необходимо прогнозировать будущие изменения в гидробиосфере на основе имеющегося опыта и анализа данных региональных наблюдений.

Климат Южного Казахстана резко континентальный, поэтому большинство созданных здесь водохранилищ служит для сезонного орошения, за исключением Чардаринского и Капчагайского, основное назначение которых энергетическое.

В таблице 1 приведены основные параметры наиболее крупных водохранилищ этого региона.

Таблица 1. Водохранилища Южного Казахстана

Водохранилище	Река	Начало эксплуатации, год	Объем, млн.м³	Площадь, км²
Терс-Ащибулакское	Терс	1963	158	24,0
Бугуньское	Бугунь и Арысь	1964	370	65,0
Чардаринское	Сырдарья	1965	5700	900,0
Куртинское	Курты	1967	120	8,8
Капчагайское	Или	1970	28100	1847,0
Бадамское	Бадам	1974	660	77,6
Ташуткульское	Чу	1963	620	78,0

Водохранилища очень сложные и внутренне противоречивые хозяйственные объекты. Соответственно и процесс взаимодействия водохранилищ с окружающей средой многообразен и сложен. Обеспечивая за счет перераспределения стока во времени и по территории решение задачи комплексного и отраслевого использования водных ресурсов, водохранилища вносят в природу и хозяйственное устройство территории бассейновой геосистемы ряд неоднозначных изменений и последствий. Становится все более ясной необходимость уделять внимание двум сторонам воздействия: воздействия водохранилищ, а на окружающую среду и воздействию окружающей среды на водохранилище. Между тем при разработке создания и реконструкции гидротехнических систем, включающих водохранилище, внимание главным образом уделяется анализу взаимодействия будущего или существующего водохранилища на окружающую среду. Этому вопросу посвящена обширная литература.

Теоретические основы в вопросах изучения взаимодействия водохранилищ и окружающей среды исследовали: А.Б. Авакян, С.И. Вендров, А.Б. Векслер, Д.В. Стефанишин, В.А. Шарапов, В.М. Широков, А.М. Черняев, М.П. Федоров, Н.И. Хрисанов и др.

А.Б. Авакян в своих работах рассматривает проблемы экологического обустройства водохранилищ, позволяющих повышать надежность и экологическую безопасность водохранилищных гидроузлов. В работе Т.А. Алиева с использованием традиционно применяемых в теории надежности приемов, проводятся методологические основы оценки экологической надежности, включая воздействие водной эрозии и подъема уровня грунтовых вод, выноса удобрений и органических веществ. Данный подход позволяет определить вероятность безотказной работы природно- технической системы в смысле экологической безопасности.

В меньшей степени освещаются вопросы влияния окружающей среды на водохранилище.

В районе влияния водохранилищных гидроузлов (ВГ) следует различать первичное подтопление территорий собственно от влияния водохранилища и вторичное – от совместного воздействия водохранилища и других техногенных факторов. Первичное подтопление может быть связано с ошибочным прогнозом проницаемости пород или же с нарушением работы противофильтрационных и дренажных устройств. Вторичное подтопление в значительной мере определяется влиянием окружающей среды. Вторичное подтопление часто сопутствует развитию на водосборах оросительных систем и эксплуатации прудовых хозяйств, особенно в тех случаях, когда возможность неблагоприятного сочетания их воздействия и внедрения водохранилища игнорируется[3,4]. Основная причина загрязнения акваторий и территорий при эксплуатации водохранилищных гидроузлов – аккумуляция в водохранилищах загрязнителей различного происхождения как свойственных данной геохимической структуре водосбора, так и антропогенного происхождения[5].Могут иметь место одновременно химическое, биологическое, бактериальное, естественное органическое, тепловое, радиологическое, механическое (зарастание водоемов высшей водной растительностью, загрязнение плавающими телами и наносами) загрязнения. Застой воды в водохранилище способствует изменению цветности и появлению запахов. Содержание растворенного кислорода в равнинных водохранилищах обычно остается на уровне благоприятном для развития растительных и животных организмов. Положительным обстоятельством является образование в водохранилищах больших масс воды, стабильных по своим качествам.

Заметное ухудшение качества воды обычно отмечается в первые годы существования водохранилищ в связи с их кратковременным евтрофированием, вызываемым разложением органического вещества в затопленных почвах и растительности. Поэтому большое значение для поддержания соответствующего качества воды имеет санитария очистки затопляемых территории. Весьма опасное загрязнение в нижних бьефах, часто с непредсказуемыми последствиями, происходит при разрушении ГТС и при промывках водохранилищ.

Опасностями непосредственно влияющими на размеры потерянных земель, качество почв и воды водоемов, являются абразия, эрозия берегов и деградация почв, которые могут иметь место как в верхних, так и в нижних бьефах гидроузлов. Основной причиной возникновения абразии (в верхних бьефах) являются переработка и обрушение берегов под воздействием ветровых волн, эрозии (в нижних) – размывы русла и берегов в следствие сброса осветленного потока.

Существует мнение [6], что крайне неблагоприятным последствием изменения термического режима рек являются частые туманы и образование незамерзшей полыньи в нижних бьефах крупных водохранилищ, говорится так же о вреде для здоровья населения частых туманов, возникающих при наличии полыньи. В ряде литературных источников высказывается опасение о том, что при неблагоприятном сочетании природных и техногенных факторов неисправности гидросооружении может привести к возникновению экологически конфликтных ситуаций, которые можно определить как чрезвычайные. В каждом конфликтном случае могут формироваться различные по составу множества негативных последствий реализации опасностей, тем не менее все эти последствия так или иначе могут быть выражены через технико- экономические, экологические и социальные факторы риска [7]. Наиболее просто определяется факторы риска по технико- экономические, экологические и социальные факторы риска [8]. Наиболее просто определяется факторы риска по технико- экономическим последствиям. Это различного рода экономического потери, ущербы и затраты, допускающие стоимостную оценку в денежном выражении. В качестве экологических факторов риска могут рассматриваться утраты биологического разнообразия; массовая гибель рыбы, животных, растений; уменьшение численности популяций автохтонов; увеличение численности популяций паразитических видов; превышение предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и другие неблагоприятные изменения показателей качества природных ресурсов. Среди социальных- гибель людей, потеря здоровья, эвакуация, переселение, вынужденная миграция населения, социальные волнения и тому подобное.

Таким образом, моделирование сценариев техногенных чрезвычайных ситуаций при эксплуатации и строительстве ВГТС согласно должно включать:

1. Выявление наиболее вероятных причин возникновения техногенных

чрезвычайных ситуаций, среди которых могут быть аварии, особые режимы эксплуатации сооружений, экологические изменения в окружающей среде;

2. Выявление возможных опасностей, среди которых могут рассматриваться наводнения, подтопления, загрязнение акваторий и территорий.

Примером проявления антропогенного воздействия окружающей среды на водохранилище могут служить процессы формирования качества воды. Помимо внутриводоемных процессов его определяющих, на ряде водохранилищ существенно значительное поступление промышленных и других территорий. На фоне замедленного водообмена в водохранилище это вызывает изменение качества воды, существенное загрязнение водохранилища, появление или активацию евтрофикации. Интенсивность этих процессов, а часто и их направление, целиком связаны с географической зональностью и местными природными и хозяйственными особенностями прилегающей территории.

Водохранилища рассчитаны на длительный срок существования, и естественно, что определенные изменения во взаимодействии с окружающей средой со временем неизбежны. Ряд изменений предвидится уже в проекте и соответственно может быть учтен, другие- могут появиться только в процессе эксплуатации. Со временем изменяются условия регулирования стока, накапливается опыт эксплуатации водохранилища, возникают новые социальные, экономические и природоохранные задачи. Все это вызывает со временем потребность пересмотра «Основных положений использования водных ресурсов водохранилища», а в ряде случаев его реконструкции.

В отношении оценки воздействия территории на водохранилище большое внимание уделяется береговой зоне, то есть зоне наиболее интенсивного взаимодействия. Как влияние водохранилища на окружающую среду, так и обратное влияние может касаться «весьма отдаленных территорий». Размеры этого взаимодействия будут различны в зависимости от природной зоны, типа хозяйственной освоенности, вида взаимодействия, положения водохранилища: отдельное это водохранилище, в каскаде ли и каково его положение в нем. Говоря о зонах взаимодействия, нельзя забывать, что объектом рассмотрения служит не только территория, но и акватория устьевых участков морей, озер и ниже расположенных водохранилищ.

Существует мнение, что границы взаимодействия водохранилищ с окружающей средой подвижны и со временем, как правило, расширяются. Это связано с ростом энерговооруженности, техники водоподъема, с появлением новых водопользователей, изменяющимися возможностями и требованиями к охране среды.

Подводя итог анализу изученности функционирования водохранилищ в составе бассейновых геосистем можно выделить следующие основные критерии функционирования водохранилищ:

1. Неравномерное распределение водных ресурсов по сезонам года, в многолетнем разрезе и по теории, с одной стороны, сильные различия в плотности населения и экономическом развитии отдельных стран и районов, с другой, являются причинами несоответствия величины водных ресурсов хозяйственным потребностям. Радикальным, а в ряде случаев и единственным способом устранения или смягчения отмеченных недостатков распределения стока рек во всех странах мира служит создание водохранилищ.

2. Внутренняя противоречивость водохранилищ и неблагоприятные последствия, вызываемые ими в природе и в хозяйстве порождает различное отношение к ним со стороны специалистов. Причем объективные причины усугубляются рядом субъективных причин.

3. Создание водохранилищ – один из немногих видов деятельности, ведущих кбыстрым, многообразным и глубоким преобразованием природы, играющей существенную роль в глобальном изменении и реконструкции природной среды и хозяйственных условий.

4. Влияние крупных водохранилищ проявляется на протяжении сотен и тысяч километров вдоль реки на территориях, охватывающих десятки тысяч квадратных километров.

5. Интенсивность природных процессов и их значение не одинаково на разных участках водохранилищ.

6. При создании и комплексном использовании водохранилищ непосредственная связь и взаимозависимость природных и технико- экономических факторов проявляются особенно отчетливо, поэтому учет географических условий в их взаимосвязи и взаимообусловленности является обязательным.

7. Как отдельные водохранилища, так и их каскады непрерывно изменяются во времени. Эти изменения происходят под действием естественных процессов и антропогенных факторов.

8. Многогранность и внутренняя противоречивость водохранилищ, взаимодействие и взаимообусловленность связей водохранилищ с природой и хозяйством окружающих территорий требует придерживаться системного подхода при их рассмотрении.

9. Каждое водохранилище должно рассматриваться с учетом динамики различных антропогенных факторов.

Сказанное показывает, что в плане научных исследований и в проектной практике вопросы взаимодействия окружающей среды и водохранилища нуждаются в прогнозной оценке. Подчеркнем, что оценка воздействия антропогенных факторов предполагает, выявление закономерностей развития водохранилища, как природного объекта и вычленение определенных этапов его эволюции, ведь влияние среды будет сказываться на водохранилище, которые имеет естественный ход развития. Анализ воздействия окружающей среды на характер использования водных ресурсов водохранилищ, на их свойства в связи с изменением природно- хозяйственных условий и природоохранных требований можно рассматриваться как один из источников совершенствования проектирования водохранилищ и управления использованием их ресурсов.

Но совершенно очевидно, что любое взаимодействие природных (абиотических и биотических) компонентов и водохранилища следует рассматривать в соответствии с системообразующим природным компонентом водотоком, в границах его водосбора.

На основе анализа современных методологических подходов к оценке воздействия техногенных компонентов на окружающую природную среду установлено, что существующая практика природоохранной деятельности основывается на нормировании воздействий и прогнозе изменения природных компонентов. Неравномерное распределение водных ресурсов является причиной несоответствия их величины хозяйственным потребностям, создание водохранилищ является в ряде случаев единственным способом устранения или смягчения отмеченных недостатков распределения стока рек.

Литература

1. Авакян А.Б., Воропаев Г.В. и др. Водохранилища и их воздействия на окружающую среду. М.: Наука, 1986, 368 с.

2. Вендров С.Л., Дьяконов Л.Н. Водохранилища и окружающая природная среда. М.: Наука, 1976, 136 с.

3. Василевский, А.Г. Нормативно-методическое обеспечение федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений [Текст] // Известия / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. - М., 1999. - Т.234. - С. 3-7. Василевский.

4. Авакян, А.Б. Водохранилища [Текст] / А.Б. Авакян, В.П. Салаткин, В.А. Шарапов. - М.: Мысль, 1987. - 240с.

5. Бондаренко, В.Л. Энерго-энтропийный подход в оценке воздействия водохранилища на окружающую среду [Текст] / В.Л. Бондаренко, В.Б. Дьяченко, A.B. Федорян // Проблемы водопользования на оросительных системах юга России: Материалы конф. Секция «Экспл. гидромелиор. систем». - Новочеркасск, 2005. - С. 64-75.

6. Будыко, М.И. Глобальная экология [Текст] /М.И. Будыко, А.Б. Авакян, В.Л. Широков. - М.: Мысль, 1977. - С 56-70.

7. Василевский, А.Г. Нормативно-методическое обеспечение федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений [Текст] // Известия / ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. - М., 1999. - Т.234. - С. 3-7.

8. Василевский А.Г. Отечественный и зарубежный опыт контроля за безопасностью напорных гидротехнических сооружений [Текст]// Гид-ротехн. стр.- во.- 1996.-№3,-С.4-7.