4.5. Мониторинг окружающей среды

Гидроэнергетические объекты и их водохранилища оказывают существенное влияние на окружающую среду. Их взаимодействие с ней представляет собой весьма сложный изме7 няющийся во времени процесс, зависящий от многих природных и техногенных факторов, что затрудняет прогнозирование его последствий, в связи с чем возможно появление непрогнозируемых ситуаций, представляющих угрозу безопасности гидроэнергетических объектов и окружающей среды.

В современных условиях требуется организация системы эффективного управления взаимодействием гидроэнергетических объектов с окружающей средой, основой которой является мониторинг, включающий:

• систему наблюдений, сбора, обработки, хранения, передачи и анализа информации о взаимодействии гидроэнергетического объекта и водохранилища с окружающей средой;
• оценку современного состояния окружающей среды района размещения объекта;
• уточнение прогнозов изменения состояния окружающей среды при строительстве и эксплуатации объекта;
• выявление отклонений параметров объекта и окружающей среды от нормативных требований, проектных параметров и критериев безопасности, потенциальной угрозы здоровью населения;
• оценку опасности развития процессов;
• подготовку управляющих решений по предупреждению отрицательных последствий, недопущению и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

Важнейшая часть мониторинга – своевременное выявление опасного развития процессов и подготовка управляющих решений, включающая разработку рекомендаций по предупреждению развития прогнозируемых отрицательных тенденций; ликвидации или минимизации отрицательных последствий взаимодействия объекта с окружающей средой; компенсационным мероприятиям в связи с ущербами, причиненными природной и социальной среде.

Мониторинг должен базироваться на принципах комплексности, системности, непрерывности и вариантности, благодаря чему достигается:

• изучение основных компонентов окружающей среды во взаимосвязи и взаимодействии;
• рассмотрение взаимодействия гидроэнергетического объекта с окружающей средой как единого сложно организованного комплекса со всей иерархической структурой проблем;
• получение необходимого объема информации в виде непрерывных наблюдений;
• использование различных подходов прогнозирования вариантов развития ситуации с разработкой многофакторных прогнозов изменения окружающей среды.

Мониторинг должен осуществлять оценку состояния окружающей среды до начала строительства и ее изменение в процессе строительства и эксплуатации объекта.

Организация мониторинга включает ряд этапов. На начальном этапе определяют фоновые характеристики окружающей среды в районе размещения гидроэнергетического объекта, выявляют важные особенности природных условий, серьезные экологические и социальные проблемы.

На основании материалов проектирования объекта составляют программу и проект мониторинга, который включает исходную информацию, основные направления работы, обоснование размещения сети наблюдений и КИА, состав наблюдений и исследований, рекомендуемые методы и способы анализа результатов, оценку взаимодействия объекта с окружающей средой и его состояния, выбор

объектов-аналогов, разработку рекомендаций по поддержанию оптимального состояния объекта и окружающей среды. При этом система «гидроэнергетический объект – окружающая среда» рассматривается как единый технико-природный объект, оптимальное состояние которого характеризуется благоприятной социальной и экологической обстановкой в зоне его влияния, с обеспечением нормативных параметров природной среды, улучшения условий жизни населения, проектного уровня функционирования гидротехнических сооружений.

Система мониторинга должна обеспечивать информирование местной администрации и населения о фактическом состоянии гидроэнергетического объекта и окружающей среды, включая вопросы безопасности гидротехнических сооружений.

Состав и особенности проведения мониторинга. Мониторинг гидроэнергетических объектов и водохранилищ состоит из мониторинга сооружений, социальной среды и экологического мониторинга и проводится в пределах гидроузла, водохранилища и в зонах их влияния на прилегающей территории и в нижнем бьефе. Функциональная схема и состав мониторинга приведены на рис. 4.9 и включают мониторинг гидротехнических сооружений; гидрометеорологических условий и гидрологического режима; геологических и сейсмических условий; водных экосистем, качества воды; наземных экосистем, почв, ландшафтов; санитарно-гигиенических условий; социальноэкономических условий проживания людей.

Для каждого гидроэнергетического объекта в зависимости от параметров сооружений и водохранилищ, ответственности за их безопасную эксплуатацию, конкретных природных и социально-экономических условий, включая состояние освоения территории района размещения объекта (урбанизированный, слабоосвоенный, неосвоенный), масштаба прогнозируемых последствий взаимодействия в системе объект–среда уточняются состав мониторинга и объемы проводимых наблюдений.

Для больших гидроэнергетических объектов с крупными водохранилищами на урбанизированной территории следует предусматривать практически все виды мониторинга. При этом в каждом из них выделяются процессы, имеющие возможность опасного развития.

Рис. 4.9. Функциональная схема и состав мониторинга

Применительно к задачам мониторинга гидроэнергетического объекта важнейшее значение имеет правильное определение характера режимов наблюдаемых процессов в условиях сложных многосвязных систем и многофакторных воздействий.

В качестве примера важности правильной оценки наблюдаемых процессов можно привести катастрофическое смещение оползня в водохранилище Вайонт (Италия), вызвавшего образование в водохранилище волны, которая перехлестнула через арочную плотину высотой 266 м, в результате чего погибли около 3 тыс. человек. При проведении длительных наблюдений за состоянием оползня не было обращено внимание на то, что его смещение перешло из линейного в неустойчивое нелинейное, и не были приняты необходимые меры.

Во многих случаях следует давать интегральную оценку состояния объекта с учетом нескольких взаимозависимых видов мониторинга.

В последние годы при комплексном мониторинге окружающей среды развивается новое перспективное направление, в котором органически сочетаются аэрокосмические и наземные методы.

На основании многолетнего опыта исследований основные задачи мониторинга, которые могут быть решены с использованием космической информации, включают:

• анализ изменений гидрографической и гидротехнической сети в пойме рек, определение интенсивности и масштабов процессов эрозии и абразии берегов водохранилищ, изменений ландшафтов, регистрацию переформирования русел рек и отмелей, зарастания устьевых зон и заболачивания поймы рек;
• определение динамики таяния снегов, оценку границ ледостава и затопления территорий во время весеннего половодья и летних паводков, контроль колебаний уровней водохранилищ, подтопления территорий, оценку состояния нерестилищ и продуктивности водоемов в целом;
• оценку эколого-санитарного состояния водных объектов – обнаружение участков выхода и распространения по акватории точечных или диффузных источников загрязнений, контроль над динамикой распространения органической и минеральной взвеси, регистрацию пятен «цветения» воды и теплового загрязнения водных объектов.

Снимки из космоса позволяют получить информацию с больших площадей водохранилищ и прилегающих участков суши (рис. 4.10).

Мониторинг безопасности гидротехнических сооружений является важнейшей составной частью мониторинга объекта. Постоянный контроль за состоянием и работой гидротехнических сооружений, их основаниями, примыканиями осуществляется путем измерения с использованием КИА и анализа группы диагностических параметров, включая напряженное состояние, осадки, деформации, перемещения, фильтрационный режим и др. В процессе контроля проверяются:

• соответствие фактического состояния и параметров проекту, требованиям норм и критериям безопасности;
• достаточность пропускной способности водосбросных сооружений, превышения гребня сооружений над подпорным уровнем, исходя из уточненных в процессе эксплуатации гидрологических и водохозяйственных показателей, действующих норм;
• состояние, надежность и эффективность работы, достаточность КИА, систем передачи, обработки и анализа результатов наблюдений.

В настоящее время анализ фактического состояния сооружений (включая основания, примыкания и др.) проводится на основе автоматизированного контроля, современных вычислительных технологий и математических моделей, сравнением расчетных параметров с наблюдаемыми. Результаты анализа позволяют дать оценку состояния сооружений и прогноз их поведения.

Важное значение для оценки безопасности сооружений имеют характер и тенденция изменения во времени контролируемых параметров: их постоянство, изменение с возрастающей или убывающей скоростью и другие аномалии, особенно таких интегральных параметров, как деформации, перемещения, фильтрация в сооружении и основании и др.

При выявлении несоответствия критериям безопасности даются рекомендации относительно мероприятий для обеспечения безопасности сооружений.

Система мониторинга на арочной плотине Кельнбрайн (Австрия) высотой 200 м позволила своевременно выявить аномалии в поведении плотины при наполнении водохранилища, понизить уровень воды, не допустив чрезвычайной ситуации. После выполнения большого комплекса работ по ее усилению плотина нормально эксплуатируется.

Рис. 4.10. Снимок из космоса распределения загрязнений в Днепре в зоне г. Киева (наибольшей концентрации загрязнений соответствует красный цвет)

Система мониторинга, созданная при реконструкции Киевской ГЭС, обеспечивает автоматический контроль за состоянием бетонных сооружений, земляных плотин.

В составе гидрологического мониторинга гидрометрическими станциями и постами проводится контроль за изменением стока, уровней, температурным и ледовым режимами, волновыми и другими явлениями в водохранилище и нижнем бьефе, за заилением водохранилища, размывами и отложениями наносов в нижнем бьефе.

На основании данных натурных наблюдений и их анализа уточняются прогнозы, гидрологические и водохозяйственные показатели, даются рекомендации по оптимизации режимов работы, при изменении параметров максимальных паводков – по повышению отметки гребня сооружений, увеличению пропускной способности водосбросов для обеспечения требований безопасности сооружений.

Мониторинг геологических, гидрогеологических и сейсмических условий выполняется на участках возможных опасных геологических процессов (оползни, обрушения, карст, сосредоточенная фильтрация и др.), переработки берегов, подтопления территорий в прибрежной зоне водохранилища и нижнего бьефа путем регулярных наблюдений с помощью КИА и инструментальных наблюдений, как и для гидротехнических сооружений. Непрерывный контроль с дистанционной передачей информации является наиболее эффективным, обеспечивая оперативную оценку устойчивости склонов в сложных инженерно-геологических условиях.

При эксплуатации крупных ГЭС с большими водохранилищами в сейсмоактивных районах в условиях высокой степени сейсмической опасности необходим непрерывный контроль за геодинамическими процессами. Так, на Саяно-Шушенской ГЭС (Россия) в основу функционирования системы мониторинга положены принципы непрерывного контроля за природными и техногенными геодинамическими процессами, включая геологические, геофизические, геодезические, сейсмологические и другие виды натурных наблюдений и комплексный анализ получаемых данных.

Мониторинг водных экосистем, качества воды включает всестороннюю экологическую оценку состояния и изменений водных экосистем по комплексу основных аспектов, в число которых входят эколого-санитарная характеристика качества воды, биопродуктивность, охрана флоры, фауны и ценных гидробиоценозов, биопомехи, гидропаразитологическая, эколого-токсикологическая и радиоэкологическая ситуация. Определяются гидрохимические, гидробиологические, экотоксилогические, радиоэкологические и другие параметры.

Такая оценка выполняется в динамике в разрезе года, при этом анализируется влияние природных и антропогенных факторов, включая сброс неочищенных сточных вод, прогнозируется дальнейшее изменение водных экосистем и даются соответствующие рекомендации. Особое внимание уделяется прогнозированию таких процессов (эвтрофирование вод, накопление токсикантов, рост численности болезнетворных бактерий и др.), развитие которых может привести к чрезвычайным ситуациям, включая угрозу здоровью населения, ухудшение санитарно-гигиенического состояния, угрозу жизнедеятельности водных и прибрежных экосистем. При этом обычно используемая автоматизированная система контроля качества воды оценивает совокупность показателей (соленость, температура, рН, растворенный кислород, мутность и др.), позволяющих характеризовать динамику основных внутриводоемных процессов его формирования.

При оценке радиационной ситуации на водохранилищах необходимо в комплексе рассматривать поведение радионуклидов в почве водосбора, в водном потоке, донных отложениях и гидробионтах.

Проведение радиоэкологического мониторинга в первую очередь должно быть направлено на получение качественных и количественных характеристик, требуемых для моделирования поведения радионуклидов в водных экосистемах и прогнозирования.

Мониторинг ихтиофауны выполняется во взаимосвязи с мониторингом водных экосистем и качества воды и включает оценку состояния и изменений в ихтиофауне, в том числе динамику численности, ареал, экологические особенности и видовой состав рыб, сопоставление с ихтиофауной аналогичных систем. Анализируют воздействие природных и андропогенных факторов на редкие и эндемичные виды рыб и виды, ценные в промы

словом отношении. Выполняется прогноз изменения ихтиофауны, даются рекомендации по оптимизации режима эксплуатации водохранилища, другим мероприятиям, направленным на улучшение условий обитания и охрану уникальных природных комплексов с особо ценными в научном или хозяйственном отношении биоценозами.

Состояние наземных экосистем, почв. С учетом изменений в окружающей природной среде осуществляются наблюдения и контроль за животным миром, растительностью и почвенным покровом в зоне влияния водохранилища для выявления основных закономерностей, тенденций становления, сохранения видового разнообразия и обеспечения их охраны, рационального использования. В зоне влияния водохранилищ изучаются особенности формирования и функционирования фаунистических комплексов и расти

тельных сообществ, в состав которых входят эндемические, субэндемические и раритетные виды, прогнозируется дальнейшее их развитие, выявляются локальные негативные проявления, ухудшающие условия их существования, и разрабатываются рекомендации по предотвращению этих проявлений, по компенсационным мероприятиям.

Условия проживания людей. С учетом изменений социально-экономических условий, окружающей природной среды, санитарно-эпидемиологической обстановки, сложившихся в условиях эксплуатации гидроэнергетического объекта, в системе мониторинга проводятся исследования медикобиологических и социальных процессов. Эти исследования включают анализ условий проживания населения, уровня заболеваний, адаптации людей к новым условиям. Дается интегральная оценка условий проживания и состояния здоровья населения.

Водохранилище на р. Зея, Россия