4.2.3. Неоднозначные факторы

Некоторые проявления взаимодействия водохранилищ с окружающей средой могут быть отрицательными или положительными в зависимости от конкретных природных условий, выполнения природоохранных и социальных мероприятий, режимов эксплуатации.

Изменение гидрологического и гидравлического режимов в зоне водохранилища и на нижнем участке реки. Водохранилища ГЭС, являясь искусственными водоемами, после их заполнения становятся частью природной среды.

Основное назначение водохранилища – перераспределение речного стока во времени с целью обеспечения комплексного использования водохранилища, определяющего режим его работы (рис. 4.5). При этом изменяются гидрологический и гидравлический режимы в его зоне и в нижнем бьефе по сравнению с естественными, оказывая существенное влияние на формирование среды обитания гидробионтов, переработку берегов, подтопление прибрежной зоны, отложение наносов и др.

К основным характеристикам данных режимов относятся:

• Приток и сброс воды в нижний бьеф во времени.
• Уровенный режим, для которого характерна определенная цикличность в разрезе года и суток.
• Волновой режим, определяемый в первую очередь ветровыми волнами.
• Течения, действующие по всей акватории водохранилища, и прибрежные и соответствующий им скоростной режим.
• Водообмен в водохранилищах, который вместе со скоростным режимом характеризует их проточность. Физические, гидрохимические и гидробиологические процессы в водохранилище зависят от интенсивности водообмена. Повышение интенсивности водообмена благоприятно влияет на процессы самоочищения, улучшает качество воды. Различают внутренний и внешний водообмен, который для большинства водохранилищ играет наиболее существенную роль и зависит от притока воды в них и сброса ее в нижний бьеф. Водооборот воды при работе ГАЭС, который относится к внутреннему водообмену, отличается высокой интенсивностью, обеспечивая перемешивание поверхностных и глубинных слоев, активную циркуляцию воды и активизацию процессов самоочищения.
• Температурный режим водохранилищ, в годовом цикле которого в умеренных климатических условиях можно выделить характерные периоды: весеннее и летнее нагревание, осеннее и предледоставное охлаждение, зимний период под ледяным покровом. В условиях глубоких и крупных водохранилищ имеет место неоднородность распределения температур, когда в глубинных слоях температура воды в течение года практически не меняется и остается близкой к 4°С. Испарение воды с поверхности водохранилищ может стать серьезным фактором ее потребления в районах с сухим климатом. Так, испарение с поверхности Асуанского водохранилища (Египет) составляет 13% годового притока в него.

ГЭС с водохранилищами сезонного и многолетнего регулирования существенно изменяют режим попусков в нижний бьеф в период паводков, уменьшая величины расходов, сбрасываемых в нижний бьеф, по сравнению с естественным стоком. Это приводит в условиях средних и особенно маловодных лет к сокращению площади и длительности паводковых затоплений, оказывает влияние на водный режим и удобрение илом пойменных сельскохозяйственных земель, на условия нереста. С другой стороны, в условиях многоводных лет в период прохождения паводков обеспечивается резкое уменьшение размеров затоплений и ущерба окружающей среде, а в условиях маловодных лет в меженный период – гарантированный санитарно-экологический попуск.

Последствия изменения режимов попусков в нижний бьеф в период прохождения паводков существенно зависят от особенностей природных условий. В зонах избыточного увлажнения в случае сокращения площади и длительности затопления при прохождении весенних паводков улучшаются условия и повышается продуктивность пойменных лугов, например на р. Обь в Западной Сибири (Россия).

В регионах, для которых характерны также летние паводки, изменение режимов их прохождения с уменьшением величины расходов может положительно влиять на сельскохозяйственное использование земель, защищая пойменные земли от затопления в период вегетации растений, когда затопление может привести к их гибели. Летние паводки наблюдаются, например, на реках в Закарпатье (Украина), на Дальнем Востоке (Россия).

В зонах недостаточного увлажнения сокращение площади и длительности затопления при прохождении половодья может оказывать неблагоприятное влияние, приводя к осуходоливанию, в определенных условиях – к деградации пойменных лугов, уменьшению отложения плодородного ила, снижению урожайности, изменению условий устьевых участков рек. Такие явления имеют место, например, в низовьях Волги (Россия), на ряде зарегулированных рек в США, Канаде и других странах.

Изменение режимов половодья вызывает ухудшение условий нереста рыб из-за сокращения площади нерестилищ, гибель икры, особенно в маловодные годы.

Последствия суточного и недельного регулирования стока водохранилищами ГЭС, приводящего к значительным колебаниям расходов и уровней в нижнем бьефе, неоднозначны, зависят от ряда факторов (включая природно-климатические условия, режимы работы ГЭС и др.), могут быть неблагоприятными для рыбного хозяйства.

При обосновании режимов эксплуатации водохранилищ комплексного назначения предусматривается такой режим попусков в нижний бьеф, чтобы минимизировать возможные отрицательные последствия.

Изменение качества воды. При создании водохранилищ комплексного назначения в зависимости от природных условий, изменения гидрологического режима при регулировании стока, морфологических и морфометрических особенностей, положения водохранилища в каскаде, степени хозяйственного освоения прилегающих территорий, мероприятий по подготовке ложа водохранилища, наличия источников загрязнения и их влияния, качества исходной речной воды, функционирования водных экосистем и других факторов формируется качество воды в водохранилище. Качество воды является важнейшим показателем, определяющим возможность эффективного использования водных и биологических ресурсов водохранилища и зоны нижнего бьефа и оказывающим влияние на окружающую среду. Закономерности формирования качества воды, зависящие от многих взаимосвязанных факторов, крайне сложны. Обеспечение требуемого качества воды в водохранилищах может быть достигнуто на основе всесторонней оценки как общих закономерностей, так и специфических условий его формирования в данных условиях и выполнения необходимых природоохранных мероприятий.

Рис. 4.6. Заросли тростника и рогоза узколистного у острова в Днепродзержинском водохранилище

В большинстве случаев создание водохранилищ гидроэнергетических объектов при выполнении необходимых природоохранных и защитных мероприятий не приводит к ухудшению качества воды по сравнению с естественными условиями реки, а при определенных условиях позволяет улучшить ее качество.

Важнейшим внешним фактором, приводящим к ухудшению качество воды, является сброс в водохранилища сточных вод и загрязняющих веществ.

При утилитарном отношении к рекам и водохранилищам как к неограниченным приемникам сточных вод наступает предел, когда их экосистемы под воздействием загрязняющих веществ разрушаются. В результате такого отношения ухудшилась экологическая ситуация на многих реках, озерах и водохранилищах.

Ухудшение качества воды водохранилищ связано с невыполнением в полном объеме мероприятий по подготовке их ложа, гниением оставленных растений, сбросом сточных вод, в результате чего увеличивается содержание азота и фосфора, возникает дефицит кислорода, происходит развитие сине-зеленых водорослей, выделение углекислого газа, метана.

На многих водохранилищах Днепровского каскада (Украина), Волжско-Камского, Енисейского каскадов (Россия) в летний период наблюдается гиперпродуцирование фитопланктона, в первую очередь сине-зеленых водорослей, именуемое «цветением» воды. Интенсификация процесса «цветения» обуславливается как климатическими условиями и метеофакторами, так и антропогенным воздействием, которое приводит к увеличению в воде содержания биогенных элементов и гиперпродуцированию, а специфические особенности водохранилищ (уменьшение проточности) в определенных условиях способствуют развитию этого процесса. Но первопричиной гиперпродуцирования является поступление в водохранилище не очищенных от биогенных элементов сточных вод, удобрений с сельскохозяйственных угодий и других загрязняющих (но не токсических) веществ.

Рис. 4.7. Горец земноводный на мелководных участках днепровских водохранилищ

Этому процессу могут также способствовать интенсивно зарастающие мелководья на водохранилищах, поскольку при разложении высшей водной растительности (макрофитов) в воду поступает большое количество органических и минеральных веществ.

Влияние этой растительности неоднозначно, она может способствовать самоочищению или, наоборот, заболачиванию водохранилища (рис. 4.6, 4.7). Положительное влияние ее на качество воды заключается в выполнении функций естественного биофильтра, перехватывающего стоки с площади водосбора. Площадь зарастания, густота зарослей и их видовый состав, при которых макрофиты могут превратиться в отрицательный фактор, зависят от конкретных условий.

Практика длительной эксплуатации многих водохранилищ даже в условиях средней загрязненности водотока показала их высокую жизнеспособность. Сокращение сброса неочищенных сточных вод позволило резко улучшить состояние ряда ранее сильно эвтрофных водохранилищ и качество воды в них, обеспечив ее соответствие нормативным требованиям, использовать воду для питьевого водоснабжения, рыбоводства, рекреации.

Отличительной особенностью водохранилищ ГАЭС является улучшение качества воды, связанное с режимом работы ГАЭС, созданием скоростного режима, перемешиванием поверхностных слоев с глубинными, дополнительным насыщением воды кислородом, что в целом вызывает усиление процессов самоочищения.

Комплекс мероприятий по предотвращению загрязнения и обеспечению качества воды водохранилищ включает:

• Мероприятия по подготовке ложа водохранилища и прибрежной зоны в составе санитарной подготовки, снятия плодородного слоя почв, инженерной защиты прибрежной территории, водоохранной зоны.

Санитарная подготовка состоит из санитарной очистки территории затапливаемых населенных пунктов, предприятий, мест загрязнения с засыпкой колодцев, очисткой выгребных ям, уборкой и вывозом органических и неорганических загрязнений, переносом кладбищ и др., лесосводки и лесоочистки территории от древесной и кустарниковой растительности. При неполной лесосводке и лесоочистке после заполнения водохранилища разложение древесины приводит к снижению содержания кислорода в воде и другим факторам, отрицательно влияющим на водные экосистемы.

Снятие плодородного слоя почв с площади ложа водохранилища позволяет также сохранить почвы, используя их для улучшения малопродуктивных земель.

Инженерная защита в виде дамб, дренажей, крепления берегов позволяет сохранить земли и сократить площадь мелководий, не допустить размыв берегов.

Водоохранные зоны вокруг водохранилища обычно включают часть местной водосборной площади, примыкающей к нему, где регулируется хозяйственная деятельность, запрещается сброс неочищенных сточных вод. В пределах водоохранной зоны выделяется прибрежная полоса, где не разрешаются распашка земель, садоводство, строительство домов и др. На территории прибрежной полосы выполняются водоохранные мероприятия (насаждения леса, посев трав, устройство запруд, засыпка оврагов и др.), а на остальной территории водоохранной зоны – противоэрозионные, агротехнические и лугомелиоративные мероприятия.

• Мероприятия по регулированию антропогенной нагрузки на площади водосбора, ограничению поступления загрязняющих веществ в речную систему и водохранилище с площади водосбора, ограничению или предотвращению сброса неочищенных сточных вод промышленностью, коммунальным и сельским хозяйством с площади водосбора путем строительства очистных сооружений, использующих современные технологии, внедрения оборотных систем водоснабжения и др.

• Управление внутриводоемными процессами, которые обуславливают самоочищение в водохранилищах. К мероприятиям по сохранению и усилению естественных процессов, способствующих самоочищению воды, относятся усиление водообмена, перемешивание воды, аэрация, биологическая мелиорация и др. Наиболее действенным фактором влияния на внутриводоемные процессы является управление водным режимом при работе ГЭС, изменяющее расходы, уровни воды, скорость течения, внешний и внутренний водообмен. Именно водный режим определяет интенсивность физических, химических и биологических процессов, благодаря которым происходят разбавление, седиментация, сорбция, распад загрязняющих веществ, продуцирование и деструкция органического вещества в воде. Большие возможности управления водным режимом существуют в условиях каскадов водохранилищ ГЭС. Так, неравномерные попуски вышерасположенных ГЭС создают внутрисуточные колебания уровня воды, которые активизируют водообмен между основной акваторией и мелководьями. Улучшение состояния многих существующих водохранилищ и качества воды в них становится одной из важнейших задач.

Таблица 4.3 Санитарно-гигиеническая классификация водохранилищ различной степени трофности, основанная на содержании общего фосфора

Категория водоемов по степени трофности	Содержание, мг/дм3
	Фосфор общий	БПК5	Азот аммиачный	Нитраты	Нитриты	Взвешенные вещества
Слабоэвтрофная	0,01–0,03	0,5	0,05	0,2	0,01	5–13
Умеренно эвтрофная	0,03–0,1	1,0–2,0	0,18–0,5	0,4–1,5	0,02–0,08	13–35
Высокоэвтрофная	0,1–0,2	2,0–4,0	0,5–2,0	1,5–2,0	0,08–0,15	35–80
Гиперэвтрофная	≥ 0,28	≥ 4,0	≥ 2,0	≥ 2,0	≥ 0,15	≥ 80

Таблица 4.4 Требования к показателям качества воды водохранилищ

Показатель	Категории использования
	Для централизованного или нецентрализованного хозяйственно- питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения пищевых предприятий	Для рекреационных целей, купания, спорта, массового отдыха населения, а также при расположении в черте населенных пунктов
Взвешенные вещества	<0.25 мг/дм3	<0.75 мг/дм3
Плавающие примеси	На поверхности водоема не должно обнаруживаться плавающих пленок, пятен минеральных масел и скоплений других примесей
Запахи, привкусы	Вода не должна приобретать запаха или привкуса более 2 баллов, обнаруживаемых:
	непосредственно или при хлорировании, озонировании	непосредственно
Окраска	Не должна обнаруживаться в столбике
	20 см	10 см
Температура	Летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна превышать более чем на 3°С среднемесячную температуру воды самого жаркого года за последние 10 лет
Реакция	6,5 < pH < 8,5
Минеральный состав	Не должен превышать по сухому остатку 1000 мг/дм3, в том числе по хлоридам 350 мг/дм3, сульфатам 500 мг/дм3	Не должен сообщать воде привкуса, превышающего 2 балла
Растворенный кислород	< 4 мг/дм3 при отборе до 12 ч дня
Биохимическая потребность в кислороде (БПК)	Полная потребность воды в кислороде при 20°С не должна превышать
	3 мг/дм3	6 мг/дм3
Возбудители заболеваний	Вода не должна содержать возбудителей заболеваний. При наличии стоков, содержащих возбудителей заболеваний, они должны обеззараживаться после соответствующей очистки до коли-индекса не более 1000 в 1 мг/дм3
Токсичные вещества	Не должны содержаться в концентрациях, способных прямо или косвенно оказать вредное воздействие на организм и здоровье населения

Изменение микроклимата. Водохранилища вызывают изменение микроклимата в их зоне и на прибрежной территории суши. Влияние крупных равнинных водохранилищ на микроклимат суши сказывается на территории, соизмеримой с их водной поверхностью, а в горных условиях на значительно меньшей. Это влияние неоднозначно в разных природных условиях.

В регионах с недостаточным и умеренным увлажнением водохранилища, вызывая повышение влажности, положительно воздействуют на микроклимат, создавая более благоприятные условия для проживания людей, например в зоне влияния Асуанского водохранилища (Египет).

В регионах с умеренным и суровым климатом в зимний период в нижнем бьефе водохранилищ крупных ГЭС, например Красноярской, Зейской (Россия), в результате образования незамерзающего участка возникают туманы, которые распространяются по реке, отрицательно влияя на здоровье людей.

Отрицательное воздействие в целом на климат может оказать выделение из водохранилищ углекислого газа и метана, особенно в условиях тропиков в первые годы после заполнения, вызванное гниением растительности (при невыполнении лесосводки), сбросом сточных вод.

Изменение санитарно-гигиенических условий. Создание водохранилищ гидроэнергетических объектов, вызывая существенные изменения окружающей среды, влияет на условия жизни и здоровье людей. Комплексный прогноз последствий сооружения водохранилищ для окружающей среды с учетом природоохранных, защитных и компенсационных мероприятий является основой для определения санитарно-гигиенических условий в зонах влияния водохранилищ и комплексной медико-биологической оценки.

При образовании водохранилищ наибольшую роль играют факторы, имеющие прямое отношение к условиям жизни населения: переселение его на новые места, санитарная обстановка в населенных пунктах в зоне влияния водохранилища, организация водоснабжения в новых условиях, хозяйственное освоение новых земель и др. При этом важное значение приобретает соответствие качества воды требованиям хозяйственно-питьевого водопользования, рекреации, орошения, рыбного хозяйства.

Именно сброс в водохранилище загрязненных вод, в том числе с площади водосбора, может привести к накоплению

органических веществ, увеличению минерализации воды и бактериальной флоры и в совокупности, как показано выше, к ухудшению качества воды. В механизмах эвтрофирования малопроточных водохранилищ ключевую роль играет поступление биогенных элементов (табл. 4.3).

На формирование санитарно-гигиенических условий водохранилищ большое влияние оказывает климат.

Активный внешний водообмен благоприятно отражается на внутриводоемных процессах, на гидрохимическом режиме и санитарном состоянии, уменьшая общую минерализацию, усиливая аэрацию воды, способствуя улучшению ее качества.

Именно состояние водных экосистем при действии природных и антропогенных факторов определяет процессы самоочищения, качество воды в водохранилище и нижнем бьефе и, в конечном счете, санитарно-гигиенические условия.

На основании результатов прогноза качества воды дается оценка эффективности мероприятий по усилению позитивного и предотвращению или ослаблению возможного негативного влияния создания водохранилища на медико-экологическую обстановку.

В зависимости от категории водопользования показатели качества воды должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 4.4.

Влияние на сельское хозяйство создания водохранилищ комплексного назначения неоднозначно, зависит от природных условий, площади изъятых из сельскохозяйственного оборота земель и соответственно потерь сельскохозяйственной продукции, изменения водного режима пойменных сельскохозяйственных земель в нижнем бьефе и объема получаемой с них продукции, защиты земель от наводнений, орошения земель водой из водохранилища и увеличения за счет этого производства сельскохозяйственной продукции. Следует также учитывать, что в последние десятилетия при подготовке ложа водохранилищ комплексного назначения во многих случаях проводится снятие верхнего плодородного слоя почвы для улучшения малопродуктивных земель и производства на них сельскохозяйственной продукции. В зависимости от природных условий и совокупности приведенных выше факторов создание водохранилищ может привести как к уменьшению производства сельскохозяйственной продукции, так и к его увеличению.

В маловодных засушливых регионах водохранилища позволяют значительно увеличить производство сельхозпродукции. В целом за счет создания водохранилищ и орошения из них получают примерно 12–16% мирового производства продуктов питания.

Влияние на ландшафты. Затопление водохранилищ может привести к потере природных ландшафтов. Во многих случаях при выполнении необходимых мероприятий, включая благоустройство и озеленение прибрежной зоны, гидроэнергетические объекты с водохранилищами, образующими большие водные пространства, гармонично вписываются в природный ландшафт и со временем воспринимаются как его неотъемлемая часть. В засушливых районах, бедных естественными водоемами, водохранилища повышают привлекательность ландшафтов, придавая им новое звучание. В горной местности, например в Австрии, каскады ГЭС на притоках р. Дунай (Инн, Драва) образуют спокойные водные пространства, естественно вписавшиеся в природный ландшафт. Превосходно сочетаются с окружающим ландшафтом водохранилища и сооружения Днепрогэса (Украина), СаяноШушенской и Чиркейской ГЭС (Россия), Ингурской (Грузия), таких объектов, как Даниель Джонсон (Канада), Мовуазен (Швейцария), и многие другие.

Ряд гидроузлов по инженерному замыслу и красоте воплощения стали выдающимися достижениями нашего времени, получили статус архитектурных памятников, например Днепрогэс (Украина), Итайпу (Бразилия–Парагвай) и др. Асуанский гидроузел (Египет) и Гувер (США) включены в список 10 выдающихся сооружений ХХ века.

Плотина Гувера ночью (США)