Влияние на речной сток хозяйственной деятельности, связанной с непосредственным использованием речных вод

Промышленное и коммунальное водопотребление. Затраты воды на водопользование этого вида постоянно увеличиваются. Источником воды для нужд промышленности, тепловой энергетики и коммунального хозяйства служа! как реки, так и подземные воды. В результате значительного увеличения водозабора из этих источников речной водный сток сокращается, а истощение вековых запасов подземных вод часто сопровождается понижением их уровня и образованием депрессионных воронок. Это нередко также способствует уменьшению речного водного стока, идущего на пополнение запасов подземных вод.

В целом водозабор на промышленные и коммунальные нужды слабо влияет на количественные характеристики речного водного стока, но часто существенно ухудшает качество вод.

Орошение. Этот вид водопользования приводит к наибольшим безвозвратным потерям воды (см. Введение). Главным источником вод для орошения и обводнения земель служат реки. Водозабор из рек на орошение может быть самотечным, плотинным, машинным (с применением насосов). Поступающие на ноля речные воды идут частично на продуктивное испарение (потребляются сельскохозяйственными культурами), частично — на непродуктивное испарение

с поверхности водохранилищ, каналов, подтопленных земель и т. д. и инфильтрацию, частично возвращаются в реки через коллекторно-дренажную сеть в виде возвратных вод. возвратные воды нередко имеют повышенную минерализацию, содержат вымытые из почвы соли и растворенные химикаты (удобрения, пестициды, гербициды) и непригодны для повторного использования.

Избыточная подача воды на орошение (явление, к сожалению, нередкое) ведет не только к нерациональном}7 использованию вод, их потере, но и может вызвать повышение уровня грунтовых вод, заболачивание и засоление земель.

В результате забора речных вод на орошение сред-иемноголетнпй водный сток рек уменьшается, но внутригодовое распределение стока несколько выравнивается.

Сооружение водохранилищ и регулирование стока. Сооружение водохранилищ оказывает на речной сток сильное и разнообразное влияние (см. гл. 8). Водохранилища оказывают влияние прежде всего на распределение водного стока во времени. В большинстве случаев перераспределение стока во времени {регулирование стока) и бывает главной целью сооружения водохранилища. Регулирование водного стока преследует различные практические цели. Это и обеспечение более равномерным стоком гидроэнергетических установок гидроэлектростанций (ГЭС), и предотвращение наводнений, и накопление воды для целей орошения, и улучшение судоходных условий и 1. д.

В зависимости от степени воздействия водохранилища на внутригодовое распределение водного стока различают несколько видов регулирования стока (Рпс. 6.29). Наиболее частый случай — сезонное регулирование стока, когда перераспределение водного стока осуществляется в течение года: воды половодья и паводков аккумулируются в водохранилище, а в межень — сбрасываются в нижний бьеф гидроузла (Рис. 6.29, 6).

11олезный объем водохранилища в этом случае должен быть соизмерим с объемом стока реки за период половодья (паводков). В результате водный сток в течение года ниже водохранилища становится более равномерным.

При большом полезном объеме водохранилища возможно многолетнее регулирование стока, когда создаются условия для накопления в водохранилище воды в многоводные годы, с тем чтобы получить возможность использовать эту воду в маловодные годы (Рпс. 6.29, а).

Если полезный объем водохранилища мал в сравнении с водным стоком реки, то возможно лишь недельное или даже суточное регулирование стока (Рпс. 6.29, б). Заметим, что в отличие от сезонного и многолетнего регулирования недельное и суточное регулирование не выравнивает колебания водного стока во времени, а, наоборот, делает их более неравномерными. Цель такого перераспределения расходов воды в течение суток пли недели — гидроэнергетическая, заключающаяся в покрытии пиковых нагрузок энергетических систем, в частности, в утренние и особенно вечерние часы.

Схема многолетнего (л), сезонного (o') н суточного (в) регулирования стока водохранилищем

Рис. 6.29. Схема многолетнего (л), сезонного (o') н суточного (в) регулирования стока водохранилищем

  • (по А.Б. Авакяну, B.1J. Салтанкину, В.А. Шарапову, 1987)
  • 1 — естественные (бытовые) расходы воды, 2 — зарегулированные расходы воды, 3 — объем воды, накапливаемый в водохранилище, 4 — объем воды, расходуемый из водохранилища; Л, Б — многоводные; В, Г — маловодные годы

Режим сброса воды в нижний бьеф гидроузла полностью контролируется человеком (в пределах, обусловленных полезным объемом водохранилища). 11рн необходимости такой сброс увеличивается, возникает искусственный паводок, называемый попуском. Такой иопуск может иметь в зависимости от потребности различный объем и продолжительность. Так, на Нижней Волге для обеспечения близких к естественным условиям нереста рыб и заливания нерестилищ и лугов практикуется так называемый «рыбохозяйственный попуск» в нижний бьеф Волгоградского гидроузла. Длительность такого попуска достигает месяца и более. На реках Москве (в отдельные годы) и Томи попуски носят санитарный характер и длятся по несколько дней.

На многих ГЭС с суточным типом регулирования стока кратковременные попуски имеют длительность всего по несколько часов.

Сооружение водохранилищ приводит также к сокращению среднемноголетнего водного стока рек. Во-первых, на наполнение водохранилищ после их сооружения единовременно изымаются некоторые объемы речных вод. Во-вторых, поскольку с водной поверхности всегда испаряется болы не воды, чем с суши, сооружение водохранилищ приводит к увеличению потерь воды на испарение и сокращению водного стока. Степень уменьшения стока рек вследствие потерь воды на испарение с поверхности водохранилищ зависит от климатических условий и составляет, но А.А. Соколову, 0,8—1% на севере Европейской части России, 1—3% в Сибири, 10—30% на юге Европейской части России и достигает 70-80% в Средней Азии. Существенно сокращают водохранилища и сток речных наносов, о чем говорилось в разд. 6.10.

Сооружение водохранилищ ведет к повышению уровней воды в самом водохранилище и в зоне переменного подпора выше водохранилища (см. разд. 6.11.5 и гл. 8). В нижнем бьефе водохранилища, в зоне размыва (см. Рис. 6.21) уровни воды понижаются (это явление иногда называют «посадкой» уровня). Такое понижение уровня часто оказывает негативное влияние на хозяйственные объекты и населенные пункты, расположенные вдоль нижнего бьефа гидроузла.

Территориальное перераспределение стока («переброска стока»). Оно преследует цель привлечения воды в данную речную систему из других речных бассейнов. В конце XX в., но оценкам И.А. Шнкломанова, суммарный объем «перебросок стока» в мире составлял 400 км3 в год, в том числе в Канаде — 140, в бывшем СССР — 60, в Индии — 50, в

США — 30 км3/год. В Китае ведутся работы по осуществлению переброски вод р. Янцзы объемом от 25 до 70 км3/год на север, в бассейны рек Хуанхэ и Хуайхэ.

К наиболее крупным действующим в мире системам территориального перераспределения («переброски») стока относятся системы: «Джеймс-Бей» в Канаде, перебрасывающая 25,2 км3 воды в год из р. Истмейн в р. Ла-Гранд, «Черчилл» также в Канаде, перебрасывающая 24,0 км3 воды в год из р. Черчилл в р. Нельсон, «Центральная долина» в США, по которой 7,5 км3 воды из р. Сакраменто ежегодно перебрасывается в засушливые районы юга Калифорнии. Водопользователи воды в первых двух упомянутых случаях — гидроэнергетика, в третьем — водоснабжение и орошение.

Наиболее крупные системы территориального перераспределения стока в бывшем СССР — это каналы Северо-Крымский (в конце XX в. перебрасывалось 3,8 км3 воды в год), Днепр—Донбасс (3,6 км3/год), Каракумский (И км3/год), Большой Ферганский (5,3 км3/год), Амубухарский (5,8 км3/год). Основное назначение этих систем — орошение земель.

Территориальное перераспределение водных ресурсов приводит к увеличению стока в реке, куда перебрасывается вода, и к уменьшению в реке, откуда осуществляется переброска стока (в «реке-доноре»). Поскольку любое крупное перераспределение водного стока сопряжено с сооружением каналов, водохранилищ и других гидротехнических систем, неизбежны потери речного стока на испарение и инфильтрацию.

В 1970-1980 гг. в СССР разрабатывались три крупномасштабных проекта территориального перераспределения стока: «переброска» части стока северных рек в бассейн Волги, «переброска» части стока р. Оби в Среднюю Азию и Казахстан, сооружение водохозяйственного комплексе «Дунай—Днепр».

Основная цель первого из упомянутых проектов («европейской переброски») состояла в увеличении стока Волги, что позволило бы расширить хозяйственное использование ее вод, а также остановить про1ресспруюгцее в те годы понижение уровня Каспийского моря (см. разд. 7.10.2), что грозило потерей этим водоемом своего рыбохозяйственного потенциала. Разными вариантами проекта предусматривалась «переброска» вод, например, нз Онежского озера (З,5км3/год на I-ой очереди), оз. Дача и Воже (1,8 км3/год), рек Онеги (5,9 км3/год), Сухоны (4,0 км3/год), Вычегды (5,0 км3/год) через оз. Кубинское в Рыбинское водохранилище и далее в Волгу; а также вод р. Печоры в верховья главного притока Волги — Камы (9,8 км3/год на I-ой очереди).

На Рой очереди второго проекта («азиатской переброски») предполагалось забирать из р. Оби в районе устья Иртыша (с. Белогорье) 25 км3 воды в год. Эта вода должна была с помощью системы низконапорных плотин и насосных станций подаваться вверх но Иртышу (в режиме «антиреки») и накапливаться в районе г. Тобольска в Тобольском водохранилище. Отсюда также с помощью системы насосных станций вода до.икна была поступать но Главному каналу переброски (ТКИ), проложенному сначала вдоль р. Тобола, а затем через Тургайское понижение вплоть до р. Амударьи, где предполагалось посгроить Тегизское водохранилище, которое должно было перераспреде-лять воду по оросительным системам. Главный канал переброски должен был иметь длину около 2300 км, ширину 200-300 м, глубину 12 м. Рассматриваемая водохозяйственная система до.окна была решить проблему нехватки воды в Средней Азии и Казахстане, орошения обширных площадей земель, снабжения населения питьевой водой хорошего качества. Подавать перебрасываемую воду в мелеющее Аральское море не предполагалось — это спасти водоем уже не могло (см. разд. 7.10.3).

Из-за неполной ясности в ожидаемых экологических последствиях в «реках—донорах» и прибрежных водах арктических морей, а также экономических и финансовых проблем исследовательские и проектные работы по этим двум проектам в 1986 г. были прекращены.

В настоящее время рассматривать вновь вопросы «европейской переброски», видимо, не актуально. Хотя бы потому, что по климатическим причинам сток Волги заметно возрос, а уровень Каспийского моря не только прекратил снижаться, но и поднялся за 1978— 1995 гг. на 2,3 м (см. разд. 7.10.2). А необходимость в привлечении воды сибирских рек для ныне независимых государств — бывших республик Советского Союза (Казахстана, Узбекистана, Туркменистана) — не отпала. Серьезный недостаток пресной воды сдерживает развитие экономики этих оран, от отсутствия вод хорошего качества страдает население этого региона. Весьма вероятно, что в связи с общим потеплением климата (см. разд. 3.2) дефицит водных ресурсов в Средней Азии в XXI в. еще более увеличится. Если возможности и перспективы переброски части водного стока Оби и ее притоков будут всерьез рассматриваться, то потребуется решить сложнейшие социально-экономические, технические и экологические проблемы. В частности, необходимо будет оценить в какой степени возможное изъятие части стока Оби повлияет на гидролого-экологические условия низовьев этой реки и Обской губы Карского моря.

И, наконец, целью третьего проекта — комплекса «Дунай—Днепр» была переброска значительного объема дунайской воды (до 17 км3/год) по системе каналов для опреснения Днестровского и Днепровско-Бугского лиманов и орошения земель на юге Украины.

Разработки по этому проекту были прекращены в 1988 г. из-за опасения, что перекрытие лиманов и превращение их в пресноводные водохранилища может привести к ухудшению экологической обстановки (к цветению и загрязнению воды, ухудшению ее качества и эвтрофированию водоемов). Кроме того, при большом объеме изъятия водного стока Дуная неизбежно ухудшались бы гидролого-экологические условия в дельте этой реки.

Влияние на режим реки местных гидротехнических мероприятий. Местные гидротехнические мероприятия (мостовые переходы, полузапруды, обвалование берегов, углубление фарватера и др.) практически не влияют на водный сток реки, но обычно оказывают сильное воздействие на водный режим реки (скорости течения, уровни воды) в районе проведения гидротехнических работ. Выше мосгов и полузапруд создается зона местного подпора, и уровни воды повышаются; в местах искусственного сужения русла скорости воды увеличиваются, что может привести к размыву дна и потребует принятия защитных мер. Обвалование русла исключает из активного водообмена часть поймы, что в половодье должно привести к сосредоточению стока воды в главном русле, некоторому повышению уровней воды и увеличению скоростей течения. Сооружение прорези на перекате для улучшения судоходных условий приводит к понижению («посадке») уровней воды на вышележащем участке русла. К таким же последствиям ведет и искусственное спряАтхение излучин.

Антропогенное сокращение водного стока рек. Как отмечалось ранее, в XX в. водный сток многих рек мира уменьшился под влиянием увеличившегося водозабора на хозяйственные нужды (прежде всего — на орошение земель) и увеличение потерь воды на испарение с поверхности многочисленных водохранилищ.

В наибольшей степени сократился водный сток Инда, Нила, Колорадо, Замбези, Хуанхэ (табл. 6.1).

Антропогенное уменьшение водного стока характерно и для ряда реки России. По данным Государственного гидрологического института (2008), на 2007 г. антропогенное сокращение водного стока некоторых рек России за 1960-2007 гг. составило: Волги — 10 км3/год (от 5 до 16 км3/год в разные годы); Терека и Судака— 4км3/год (от 2 до 5км3); Дона — 4 км3/год (от 3 до 7,5 км3); Кубани — 4,5 км3/год (от 2,1 до 5,5 км3). У всех перечисленных рек величина антропогенного сокращения водного стока возрастала с 1960 г. до 1980—1985 гг. В последующие годы в связи с резким спадом промышленного и сельскохозяйственного производства объемы водозабора уменьшились, величина антропогенных потерь стока также сократилась. Восстановление объема водозабора пришлось лишь на 1995-2000 гг. Все прогностические оценки роста водопотребления и величин антропогенного сокращения водного стока рек, сделанные в 1975 и 1985 гг., оказались неверными.

Наиболее показательны антропогенные изменения водного стока Волги (табл. 6.12).

Таблица 6.12. Фактические и прогностические

оценки антропогенного изменения водного стока Волги (км3/год), по материалам ТТН (2008)

Год

Фактические

По прогнозам П 11 в

1975 г.

1985 г.

1960

5

1965

7

1970

8

1975

12

1980

13

19

1985

15,5

26

1990

12,5

34

26

1995

10

37,5

31

2000

9

41

36

2005

10 (2007)

38

2010

41

Как следует из табл. 6.12, величина антропогенного снижения водного стока Волги увеличилась с 1960 по 1985 г. с 5 до 17,5 км3/год. Согласно прогнозам, составленным в 1975 г. (в период стабильной социально-экономической ситуации в стране), предполагалось, что в 1985 г. сток воды Волги уменьшится на 26 км3/год (без учета затрат воды на заполнение водохранилищ), а фактическая величина снижения составила лишь 15,5 км3/год. Большая погрешность прогноза объясняется чрезмерно завышенными планами развития орошаемого земледелия. Не оправдались и прогнозы, разработанные в 1985 г., что объясняется также сокращением величины уже существовавших водозаборов. По мере восстановления экономики в бассейне Волги в конце XX в. стали возрастать и величины антропогенного сокращения водного стока Волги (табл. 6.12).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >