Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Гідроенергетичні об'єкти і їх водосховища чинять істотний вплив на навколишнє середовище. Їх взаємодія з ним являє собою досить складний змінюваний у часі процес, залежний від багатьох природних і техногенних факторів, що утруднює прогнозування його наслідків, у зв'язку із чим можлива поява непрогнозованих ситуацій, які являють собою загрозу безпеці гідроенергетичних об'єктів і навколишнього середовища.

У сучасних умовах потрібна організація системи ефективного управління взаємодією гідроенергетичних об'єктів з навколишнім середовищем, основою якої є моніторинг, що включає:

• систему спостережень, збору, обробки, зберігання, передачі й аналізу інформації про взаємодію гідроенергетичного об'єкта й водоймища з навколишнім середовищем;

• оцінку сучасного стану навколишнього середовища району розміщення об'єкта;

• уточнення прогнозів зміни стану навколишнього середовища при будівництві й експлуатації об'єкта;

• виявлення відхилень параметрів об'єкта й навколишнього середовища від нормативних вимог, проектних параметрів і критеріїв безпеки, потенційної загрози здоров'ю населення;

• оцінку небезпеки розвитку процесів;

• підготовку керуючих рішень по попередженню негативних наслідків, недопущенню й ліквідації надзвичайних ситуацій.

Найважливіша частина моніторингу – своєчасне виявлення небезпечного розвитку процесів і підготовка керуючих рішень, що включає розробку рекомендацій по попередженню розвитку прогнозованих негативних тенденцій; ліквідації або мінімізації негативних наслідків взаємодії об'єкта з навколишнім середовищем; компенсаційним заходам у зв'язку зі шкодами, заподіяними природному й соціальному середовищу.

Моніторинг повинен базуватися на принципах комплексності, системності, безперервності й варіантності, завдяки чому досягається:

• вивчення основних компонентів навколишнього середовища у взаємозв'язку й взаємодії;

• розгляд взаємодії гідроенергетичного об'єкта з навколишнім середовищем як єдиного складно організованого комплексу з усією ієрархічною структурою проблем;

• одержання необхідного обсягу інформації у вигляді безперервних спостережень;

• використання різних підходів до прогнозування варіантів розвитку ситуації з розробкою багатофакторних прогнозів зміни навколишнього середовища.

Моніторинг повинен здійснювати оцінку стану навколишнього середовища до початку будівництва і її зміну в процесі будівництва й експлуатації об'єкта.

Організація моніторингу включає ряд етапів. На початковому етапі визначають фонові характеристики навколишнього середовища в районі розміщення гідроенергетичного об'єкта, виявляють важливі особливості природних умов, серйозні екологічні й соціальні проблеми.

На підставі матеріалів проектування об'єкта складають програму й проект моніторингу, який включає вихідну інформацію, основні напрямки роботи, обґрунтування розміщення мережі спостережень і КВП, склад спостережень і досліджень, рекомендовані методи й способи аналізу результатів, оцінку взаємодії об'єкта з навколишнім середовищем і його стану, вибір об'єктіваналогів, розробку рекомендацій з підтримки оптимального стану об'єкта й навколишнього середовища. При цьому система «гідроенергетичний об'єкт – навколишнє середовище» розглядається як єдиний техніко-природний об'єкт, оптимальний стан якого характеризується сприятливою соціальною й екологічною обстановкою в зоні його впливу, із забезпеченням нормативних параметрів природного середовища, поліпшення умов життя населення, проектного рівня функціонування гідротехнічних споруд.

Система моніторингу повинна забезпечувати інформування місцевої адміністрації й населення про фактичний стан гідроенергетичного об'єкта й навколишнього середовища, включаючи питання безпеки гідротехнічних споруд.

Склад і особливості проведення моніторингу. Моніторинг гідроенергетичних об'єктів і водоймищ складається з моніторингу споруд, соціального середовища й екологічного моніторингу й проводиться в межах гідровузла, водосховища й у зонах їх впливу на прилеглій території й у нижньому б'єфі. Функціональна схема й склад моніторингу наведені на мал. 4.9 і включають моніторинг гідротехнічних споруд; гідрометеорологічних умов і гідрологічного режиму; геологічних і сейсмічних умов; водних екосистем, якості води; наземних екосистем, грунтів, ландшафтів; санітарногігієнічних умов; соціально-економічних умов проживання людей.

Для кожного гідроенергетичного об'єкта залежно від параметрів споруд і водосховищ, відповідальності за їх безпечну експлуатацію, конкретних природних і соціально-економічних умов, включаючи стан освоєння території району розміщення об'єкту (урбанізований, слабкоосвоєний, неосвоєний), масштабу прогнозованих наслідків взаємодії в системі об'єкт – середовище уточнюються склад моніторингу й обсяги проведених спостережень.

Для великих гідроенергетичних об'єктів з великими водосховищами на урбанізованій території слід передбачати практично всі види моніторингу. При цьому в кожному з них виділяються процеси, що мають можливість небезпечного розвитку.

Стосовно завдань моніторингу гідроенергетичного об'єкта найважливіше значення має правильне визначення характеру режимів спостережуваних процесів в умовах складних багатозв'язних систем і багатофакторних впливів.

Мал. 4.9. Функціональна схема й склад моніторингу

Як приклад важливості правильної оцінки спостережуваних процесів можна навести катастрофічне зміщення зсуву у водоймище Вайонт (Італія), що викликало утворення у водосховищі хвилі, яка перехльоснула через арочну греблю висотою 266 м, у результаті чого загинули близько 3 тис. чоловік. При проведенні тривалих спостережень за станом зсуву не була звернена увага на те, що його зміщення перейшло з лінійного в нестійке нелінійне, і не були вжиті необхідні заходи.

У багатьох випадках слід давати інтегральну оцінку стану об'єкта з обліком декількох взаємозалежних видів моніторингу.

В останні роки при комплексному моніторингу навколишнього середовища розвивається новий перспективний напрямок, в якому органічно сполучаються аерокосмічні й наземні методи.

На підставі багаторічного досвіду досліджень основні завдання моніторингу, які можуть бути вирішені з використанням космічної інформації, включають:

• аналіз змін гідрографічної й гідротехнічної мережі в заплаві рік, визначення інтенсивності й масштабів процесів ерозії й абразії берегів водосховищ, змін ландшафтів, реєстрацію переформування руслів рік і обмілин, заростання гирлових зон і заболочування заплави рік;

• визначення динаміки танення снігів, оцінку границь льодоставу й затоплення територій під час весняної повені й літніх паводків, контроль коливань рівнів водосховищ, підтоплення територій, оцінку стану нерестовищ і продуктивності водойм у цілому;

• оцінку еколого-санітарного стану водних об'єктів – виявлення ділянок виходу й поширення по акваторії точкових або дифузійних джерел забруднень, контроль за динамікою поширення органічної й мінеральної суспензії, реєстрацію плям «цвітіння» води й теплового забруднення водних об'єктів.

Знімки з космосу дозволяють одержати інформацію з великих площ водосховищ і прилеглих ділянок суши (мал. 4.10).

Моніторинг безпеки гідротехнічних споруд є найважливішою складовою моніторингу об'єкта. Постійний контроль за станом і роботою гідротехнічних споруд, їх основами, примиканнями здійснюється шляхом виміру з використанням КВП й аналізу групи діагностичних параметрів, включаючи напружений стан, опади, деформації, переміщення, фільтраційний режим й ін. У процесі контролю перевіряються: • відповідність фактичного стану й параметрів проекту вимогам норм і критеріям безпеки;

• достатність пропускної здібності водоскидних споруд, перевищення гребеня споруд над підпірним рівнем, виходячи з уточнених у процесі експлуатації гідрологічних і водогосподарчих показників діючих норм;

• стан, надійність і ефективність роботи, достатність КВП, систем передачі, обробки й аналізу результатів спостережень.

У даний час аналіз фактичного стану споруд (включаючи основи, примикання й ін.) проводиться за допомогою автоматизованого контролю, сучасних обчислювальних технологій і математичних моделей, порівнянням розрахункових параметрів зі спостережуваними. Результати аналізу дозволяють дати оцінку стану споруд і прогноз їх поведінки.

Важливе значення для оцінки безпеки споруд мають характер і тенденція зміни в часі контрольованих параметрів: їх сталість, зміна зі зростаючою чи зменшуваною швидкістю й інші аномалії, особливо таких інтегральних параметрів, як деформації, переміщення, фільтрація в спорудах й основі й ін.

При виявленні невідповідності критеріям безпеки даються рекомендації щодо заходів для забезпечення безпеки споруд.

Система моніторингу на арочній греблі Кельнбрайн (Австрія) висотою 200 м дозволила вчасно виявити аномалії в поведінці греблі при наповненні водоймища, понизити рівень води, не допустивши надзвичайної ситуації. Після виконання великого комплексу робіт з її посилення гребля нормально експлуатується.

Мал. 4.10. Знімок з космосу розподілу забруднень у Дніпрі в зоні м. Києва (найбільшій концентрації забруднень відповідає червоний колір)

Система моніторингу, створена при реконструкції Київської ГЕС, забезпечує автоматичний контроль за станом бетонних споруд, земляних гребель.

У складі гідрологічного моніторингу гідрометричними станціями й постами проводиться контроль за зміною стоку, рівнів, температурним і льодовим режимами, хвильовими й іншими явищами у водоймищі й нижньому б'єфі, за замуленням водосховища, розмивами й відкладеннями наносів у нижньому б'єфі.

На підставі даних натурних спостережень і їх аналізу уточнюються прогнози, гідрологічні й водогосподарчі показники, даються рекомендації з оптимізації режимів роботи, при зміні параметрів максимальних паводків – з підвищення відмітки гребеня споруд, збільшення пропускної здатності водоскидів для забезпечення вимог безпеки споруд.

Моніторинг геологічних, гідрогеологічних і сейсмічних умов виконується на ділянках можливих небезпечних геологічних процесів (зсуви, обвалення, карст, зосереджена фільтрація й ін.), переробки берегів, підтоплення територій у прибережній зоні водосховища й нижнього б'єфу шляхом регулярних спостережень за допомогою КВП й інструментальних спостережень, як і для гідротехнічних споруд. Безперервний контроль із дистанційною передачею інформації є найбільш ефективним, забезпечуючи оперативну оцінку стійкості схилів у складних інженерно-геологічних умовах.

При експлуатації великих ГЕС із великими водосховищами в сейсмоактивних районах в умовах високого ступеня сейсмічної небезпеки необхідний безперервний контроль за геодинамічними процесами. Так, на Саяно-Шушенській ГЕС (Росія) в основу функціонування системи моніторингу покладені принципи безперервного контролю за природними й техногенними геодинамічними процесами, включаючи геологічні, геофізичні, геодезичні, сейсмологічні й інші види натурних спостережень і комплексний аналіз одержуваних даних.

Моніторинг водних екосистем, якості води включає всебічну екологічну оцінку стану й змін водних екосистем з комплексу основних аспектів, у число яких входять еколого-санітарна характеристика якості води, біопродуктивність, охорона флори, фауни й цінних гідробіоценозів, біоперешкоди, гідропаразитологічна, еколого-токсикологічна й радіоекологічна ситуація. Визначаються гідрохімічні, гідробіологічні, екотоксилогічні, радіоекологічні й інші параметри.

Така оцінка виконується в динаміці в розрізі року, при цьому аналізується вплив природних і антропогенних факторів, включаючи скидання неочищених стічних вод, прогнозується подальша зміна водних екосистем і даються відповідні рекомендації. Особлива увага приділяється прогнозуванню таких процесів (евтрофування вод, нагромадження токсикантів, ріст чисельності хвороботворних бактерій й ін.), розвиток яких може призвести до надзвичайних ситуацій, включаючи загрозу здоров'ю населення, погіршення санітарно-гігієнічного стану, загрозу життєдіяльності водних і прибережних екосистем. При цьому звичайно використовувана автоматизована система контролю якості води оцінює сукупність показників (солоність, температура, рН, розчинений кисень, мутність й ін.), що дозволяють характеризувати динаміку основних внутрішньоводоймових процесів його формування.

При оцінці радіаційної ситуації на водосховищах необхідно в комплексі розглядати поведінку радіонуклідів у ґрунті водозбору, у водному потоці, донних відкладеннях і гідробіонтах.

Проведення радіоекологічного моніторингу в першу чергу повинно бути спрямоване на одержання якісних і кількісних характеристик, необхідних для моделювання поведінки радіонуклідів у водних экосистемах і прогнозування.

Моніторинг іхтіофауни виконується у взаємозв'язку з моніторингом водних екосистем і якості води й включає оцінку стану й змін в іхтіофауні, у тому числі динаміку чисельності, ареал, екологічні особливості й видовий склад риб, зіставлення з іхтіофауною аналогічних систем. Аналізують вплив природних і андроногенних факторів на рідкісні й ендемічні види риб і види, цінні в промисловому відношенні. Виконується прогноз зміни іхтіофауни, даються рекомендації з оптимізації режиму експлуатації водосховища, іншим заходам, спрямованим на поліпшення умов проживання й охорону унікальних природних комплексів з особливо цінними в науковому або господарському відношенні біоценозами.

Стан наземних екосистем, ґрунтів. З урахуванням змін у навколишньому природному середовищі здійснюються спостереження й контроль за тваринним світом, рослинністю й ґрунтовим покривом у зоні впливу водоймища для виявлення основних закономірностей, тенденцій становлення, збереження видової різноманітності й забезпечення їх охорони, раціонального використання. У зоні впливу водосховищ вивчаються особливості формування й функціонування фауністичних комплексів і рослинних угрупувань, до складу яких входять ендемічні, субендемічні й раритетні види, прогнозується подальший їх розвиток, виявляються локальні негативні прояви, що погіршують умови їх існування, і розробляються рекомендації із запобігання цих проявам, щодо компенсаційних заходів.

Умови проживання людей. З урахуванням змін соціально-економічних умов, оточуючого природного середовища, санітарно-епідеміологічної обстановки, що склалася в умовах експлуатації гідроенергетичного об'єкта, у системі моніторингу проводяться дослідження медико-біологічних і соціальних процесів. Ці дослідження включають аналіз умов проживання населення, рівня захворювань, адаптації людей до нових умов. Дається інтегральна оцінка умов проживання й стану здоров'я населення.

Водосховище на р. Зея, Росія