ЧАСТИНА 2. Об’єднані енергосистеми та енергоутворення

Деякі прояви взаємодії водоймищ із навколишнім середовищем можуть бути негативними або позитивними залежно від конкретних природних умов, виконання природоохоронних і соціальних заходів, режимів експлуатації.

Зміна гідрологічного й гідравлічного режимів у зоні водоймища й на нижній ділянці ріки. Водоймища ГЕС, які є штучними водоймами, після їх заповнення стають частиною природного середовища. Основне призначення водоймища – перерозподіл річкового стоку в часі з метою забезпечення комплексного використання водоймища, що визначає режим його роботи (мал. 4.5). При цьому змінюються гідрологічний і гідравлічний режими в його зоні й у нижньому б'єфі в порівнянні із природними, роблячи істотний вплив на формування середовища проживання гідробіонтів, переробку берегів, підтоплення прибережної зони, відкладення наносів й ін.

До основних характеристик даних режимів відносяться:

• Приплив і скидання води в нижній б'єф у часі.

• Рівневий режим, для якого характерна певна циклічність у розрізі року й доби.

• Хвильовий режим, обумовлений у першу чергу вітровими хвилями.

• Течії, що діють по всій акваторії водоймища, і прибережні й відповідний їм швидкісний режим.

• Водообмін у водоймищах, який разом зі швидкісним режимом характеризує їх проточність. Фізичні, гідрохімічні й гідробіологічні процеси у водоймищі залежать від інтенсивності водообміну. Підвищення інтенсивності водообміну сприятливо впливає на процеси самоочищення, поліпшує якість води. Розрізняють внутрішній і зовнішній водообмін, який для більшості водоймищ грає найбільш істотну роль і залежить від припливу води в них і скидання її в нижній б'єф. Водообмін води при роботі ГАЕС, який належить до внутрішнього водообміну, відрізняється високою інтенсивністю, забезпечуючи перемішування поверхневих і глибинних шарів, активну циркуляцію води й активізацію процесів самоочищення.

• Температурний режим водоймищ, у річному циклі якого в помірних кліматичних умовах можна виділити характерні періоди: весняне й літнє нагрівання, осіннє й передльодоставне охолодження, зимовий період під крижаним покривом. В умовах глибоких і великих водоймищ має місце неоднорідність розподілу температур, коли в глибинних шарах температура води протягом року практично не змінюється й залишається близькою до 4°С. Випаровування води з поверхні водоймищ може стати серйозним фактором її споживання в районах із сухим кліматом. Так, випаровування з поверхні Асуанського водоймища (Єгипет) становить 13% річного припливу в нього.

ГЕС із водоймищами сезонного й багаторічного регулювання суттєво змінюють режим попусків у нижній б'єф у період паводків, зменшуючи величини витрат, що скидаються в нижній б'єф, у порівнянні із природним стоком. Це приводить в умовах середніх і особливо маловодних років до скорочення площі й тривалості паводкових затоплень, впливає на водний режим і удобрення мулом заплавних сільськогосподарських земель, на умови нересту. З іншого боку, в умовах багатоводних років у період проходження паводків забезпечується різке зменшення розмірів затоплень і шкоди навколишньому середовищу, а в умовах маловодних років у меженний період – гарантований санітарно-екологічний попуск.

Наслідки зміни режимів попусків у нижній б'єф у період проходження паводків суттєво залежать від особливостей природних умов. У зонах надлишкового зволоження у випадку скорочення площі й тривалості затоплення при проходженні весняних паводків поліпшуються умови й підвищується продуктивність заплавних лугів, наприклад на р. Об у Західному Сибіру (Росія).

У регіонах, для яких характерні також літні паводки, зміна режимів їх проходження зі зменшенням величини витрат може позитивно впливати на сільськогосподарське використання земель, захищаючи заплавні землі від затоплення в період вегетації рослин, коли затоплення може призвести до їх загибелі. Літні паводки спостерігаються, наприклад, на ріках у Закарпатті (Україна), на Далекому Сході (Росія).

У зонах недостатнього зволоження скорочення площі й тривалості затоплення при проходженні повені може чинити негативний вплив, приводячи до суходілля, у певних умовах – до деградації заплавних лугів, зменшення відкладення родючого мулу, зниження врожайності, зміни умов гирлових ділянок рік. Такі явища мають місце, наприклад, у пониззі Волги (Росія), на ряді зрегульованих річок у США, Канаді й інших країнах.

Зміна режимів повені викликає погіршення умов нересту риб через скорочення площі нерестовищ, загибель ікри, особливо в маловодні роки.

Наслідки добового й тижневого регулювання стоку водоймищами ГЕС, що приводить до значних коливань витрат і рівнів у нижньому б'єфі, неоднозначні, залежать від ряду факторів (включаючи природно-кліматичні умови, режими роботи ГЕС й ін.), можуть бути несприятливими для рибного господарства.

При обґрунтуванні режимів експлуатації водоймищ комплексного призначення передбачається такий режим попусків у нижній б'єф, щоб мінімізувати можливі негативні наслідки.

Зміна якості води. При створенні водоймищ комплексного призначення залежно від природних умов, зміни гідрологічного режиму при регулюванні стоку, морфологічних і морфометричних особливостей, положення водоймища в каскаді, ступеня господарського освоєння прилеглих територій, заходів щодо підготовки ложа водоймища, наявності джерел забруднення і їх впливу, якості вихідної річкової води, функціонування водних екосистем та інших факторів формується якість води у водоймищі. Якість води є найважливішим показником, що визначає можливість ефективного використання водних і біологічних ресурсів водоймища й зони нижнього б'єфа й чинить вплив на навколишнє середовище.

Закономірності формування якості води, що залежать від багатьох взаємозалежних факторів, вкрай складні. Забезпечення необхідної якості води у водоймищах може бути досягнуте на основі всебічної оцінки як загальних закономірностей, так і специфічних умов його формування в даних умовах і виконання необхідних природоохоронних заходів.

У більшості випадків створення водоймищ гідроенергетичних об'єктів при виконанні необхідних природоохоронних і захисних заходів не призводить до погіршення якості води в порівнянні з природними умовами ріки, а за певних умов дозволяє поліпшити її якість.

Найважливішим зовнішнім фактором, що призводить до погіршення якості води, є скидання у водоймища стічних вод і забруднюючих речовин.

При утилітарному ставленні до рік і водоймищ як до необмежених приймачів стічних вод настає межа, коли їх екосистеми під впливом забруднюючих речовин руйнуються. Внаслідок такого ставлення погіршилася екологічна ситуація на багатьох ріках, озерах і водоймищах.

Мал. 4.6. Зарості очерету й рогози вузьколистої біля острова у Дніпродзержинському водоймищі

Мал. 4.7. Горець земноводний на мілководних ділянках дніпровських водоймищ

Погіршення якості води водоймищ пов'язане з невиконанням у повному обсязі заходів щодо підготовки їх ложа, гниттям залишених рослин, скиданням стічних вод, у результаті чого збільшується зміст азоту й фосфору, виникає дефіцит кисню, відбувається розвиток синьо-зелених водоростей, виділення вуглекислого газу, метану.

На багатьох водоймищах Дніпровського каскаду (Україна), Волзько-Камського, Єнісейського каскадів (Росія) у літній період спостерігається гіперпродукування фітопланктону, у першу чергу синьо-зелених водоростей, іменоване «цвітінням» води. Інтенсифікація процесу «цвітіння» обумовлюється як кліматичними умовами й метеофакторами, так і антропогенним впливом, який призводить до збільшення у воді змісту біогенних елементів і гіперпродукування, а специфічні особливості водоймищ (зменшення проточності) у певних умовах сприяють розвитку цього процесу. Але першопричиною гіперпродукування є надходження у водоймище не очищених від біогенних елементів стічних вод, добрив із сільськогосподарських угідь та інших забруднюючих (але не токсичних) речовин.

Цьому процесу можуть також сприяти інтенсивно заростаючі мілководдя на водоймищах, оскільки при розкладанні вищої водної рослинності (макрофітів) у воду надходить велика кількість органічних і мінеральних речовин.

Вплив цієї рослинності неоднозначний, вона може сприяти самоочищенню або, навпаки, заболочуванню водоймища (мал. 4.6, 4.7). Позитивний вплив її на якість води полягає у виконанні функцій природного біофільтра, що перехоплює стоки із площі водозбору. Площа заростання, гущина заростей і їх видовий склад, при яких макрофіти можуть перетворитися на негативний фактор, залежать від конкретних умов.

Практика тривалої експлуатації багатьох водоймищ навіть в умовах середнього забруднення водотоку показала їх високу життєздатність. Скорочення скидання неочищених стічних вод дозволило різко поліпшити стан низки раніше сильно евтрофних водоймищ і якість води в них, забезпечивши її відповідність нормативним вимогам, використовувати воду для питного водопостачання, рибництва, рекреації.

Відмінною рисою водоймищ ГАЕС є поліпшення якості води, пов'язане з режимом роботи ГАЕС, створенням швидкісного режиму, перемішуванням поверхневих шарів із глибинними, додатковим насиченням води киснем, що в цілому викликає посилення процесів самоочищення.

Комплекс заходів по запобіганню забрудненню й забезпеченню якості води водоймищ включає:

• Заходи щодо підготовки ложа водоймища й прибережної зони в складі санітарної підготовки, зняття родючого шару ґрунтів, інженерного захисту прибережної території, водоохоронної зони.

Санітарна підготовка складається із санітарного очищення території затоплюваних населених пунктів, підприємств, місць забруднення із засипанням колодязів, очищенням вигрібних ям, збиранням і вивозом органічних і неорганічних забруднень, переносом цвинтарів й ін., лісозведення та лісоочищення території від деревної й чагарникової рослинності. При неповній лісоочистці після заповнення водоймища розкладання деревини призводить до зниження змісту кисню у воді й іншим факторам, що негативно впливають на водні екосистеми.

Зняття родючого шару ґрунтів із площі ложа водоймища дозволяє також зберегти ґрунти, використовуючи їх для поліпшення малопродуктивних земель.

Інженерний захист у вигляді дамб, дренажів, кріплення берегів дозволяє зберегти землі й скоротити площу мілководь, не допустити розмиву берегів.

Водоохоронні зони навколо водоймища звичайно включають частину місцевої водозбірної площі, що примикає до нього, де регулюється господарська діяльність, забороняється скидання неочищених стічних вод. У межах водоохоронної зони виділяється прибережна смуга, де не дозволяються оранка земель, садівництво, будівництво будинків й ін. На території прибережної смуги виконуються водоохоронні заходи (насадження лісу, посів трав, влаштування загат, засипання ярів й ін.), а на решті території водоохоронної зони – протиерозійні, агротехнічні й лукомеліоративні заходи.

• Заходи з регулювання антропогенного навантаження на площі водозбору, обмеження надходження забруднюючих речовин у річкову систему й водоймище із площі водозбору, обмеження або запобігання скиданню неочищених стічних вод промисловістю, комунальним і сільським господарством із площі водозбору шляхом будівництва очисних споруд, де використовуються сучасні технології, впровадження оборотних систем водопостачання й ін.

• Керування внутрішньоводоймовими процесами, які обумовлюють самоочищення у водоймищах. До заходів щодо збереження й посилення природних процесів, що сприяють самоочищенню води, відносяться посилення водообміну, перемішування води, аерація, біологічна меліорація й ін. Найбільш діючим фактором впливу на внутрішньоводоймові процеси є керування водним режимом при роботі ГЕС, що змінює витрати, рівні води, швидкість течії, зовнішній і внутрішній водообмін. Саме водний режим визначає інтенсивність фізичних, хімічних і біологічних процесів, завдяки яким відбуваються розведення, седиментація, сорбція, розпад забруднюючих речовин, продукування й деструкція органічної речовини у воді. Більші можливості керування водним режимом існують в умовах каскадів водоймищ ГЕС. Так, нерівномірні попуски вищерозташованих ГЕС створюють внутрішньодобові коливання рівня води, які активізують водообмін між основною акваторією й мілководдями. Поліпшення стану багатьох існуючих водоймищ і якості води в них стає одним з найважливіших завдань.

Таблиця 4.3 Санітарно-гігієнічна класифікація водоймищ різного ступеня трофності, заснована на змісті загального фосфору

Категорія водойм по ступеню трофності	Вміст, мг/дм3
Категорія водойм по ступеню трофності	Фосфор загальний	БПК5	Азот аміачний	Нітрати	Нітрити	Завислі речовини
Слабоевтрофна	0,01–0,03	0,5	0,05	0,2	0,01	5–13
Помірковано евтрофна	0,03–0,1	1,0–2,0	0,18–0,5	0,4–1,5	0,02–0,08	13–35
Високоевтрофна	0,1–0,2	2,0–4,0	0,5–2,0	1,5–2,0	0,08–0,15	35–80
Гиперевтрофна	≥ 0,28	≥ 4,0	≥ 2,0	≥ 2,0	≥ 0,15	≥ 80

Таблиця 4.4 Вимоги до показників якості води водоймищ

Показник	Категорії використання
Показник	Для централізованого або нецентралізованого господарсько-питного водопостачання, а також для водопостачання харчових підприємств	Для рекреаційних цілей, купання, спорту, масового відпочинку населення, а також при розташуванні в межах населених пунктів
Завислі речовини	< 0.25 мг/дм3	< 0.75 мг/дм3
Плаваючі домішки	На поверхні водойми не повинні виявлятися плаваючі плівки, плями мінеральних масел і скупчення інших домішок
Запахи, присмаки	Вода не повинна набувати запахи або присмаки більше 2 балів, що виявляються:
Запахи, присмаки	безпосередньо або при хлоруванні, озонуванні	безпосередньо
Забарвлення	Не повинне виявлятися в стовпчику
Забарвлення	20 см	10 см
Температура	Літня температура води в результаті спуску стічних вод не повинна перевищувати більш ніж на 3°С середньомісячну температуру води найжаркішого року за останні 10 років
Реакція	6,5 < pH < 8,5
Мінеральний склад	Не повинен перевищувати за сухим залишком 1000 мг/дм3, у тому числі за хлоридами 350 мг/дм3, сульфатами 500 мг/дм3	Не повинен передавати воді присмак, що перевищує 2 бали
Розчинений кисень	< 4 мг/дм3 при відборі до 12 год дня
Біохімічна потреба в кисні (БПК)	Повна потреба води в кисні при 20°С не повинна перевищувати
Біохімічна потреба в кисні (БПК)	3 мг/дм3	6 мг/дм3
Збудники захворювань	Вода не повинна містити збудників захворювань. При наявності стоків, що містять збудників захворювань, вони повинні знезаражуватися після відповідного очищення до колі-індексу не більше 1000 в 1 мг/дм3
Токсичні речовини	Не повинні міститися в концентраціях, здатних прямо або побічно здійснити шкідливий вплив на організм і здоров'я населення

Зміна мікроклімату. Водоймища викликають зміну мікроклімату в їх зоні й на прибережній території суші. Вплив великих рівнинних водоймищ на мікроклімат суші позначається на території, співмірній з їх водною поверхнею, а в гірських умовах – на значно меншій. Цей вплив неоднозначний в різних природних умовах.

У регіонах з недостатнім і помірним зволоженням водоймища, викликаючи підвищення вологості, позитивно впливають на мікроклімат, створюючи більш сприятливі умови для проживання людей, наприклад у зоні впливу Асуанського водоймища (Єгипет).

У регіонах з помірним і суворим кліматом у зимовий період у нижньому б'єфі водоймищ великих ГЕС, наприклад Красноярської, Зейської (Росія), у результаті утворення незамерзаючої ділянки виникають тумани, які поширюються по річці, негативно впливаючи на здоров'я людей.

Негативний вплив у цілому на клімат може зробити виділення з водоймищ вуглекислого газу й метану, особливо в умовах тропіків у перші роки після заповнення, викликане гниттям рослинності та скиданням стічних вод.

Зміна санітарно-гігієнічних умов. Створення водоймищ гідроенергетичних об'єктів викликає істотні зміни навколишнього середовища, впливає на умови життя й здоров'я людей.

Комплексний прогноз наслідків спорудження водоймищ для навколишнього середовища з обліком природоохоронних, захисних і компенсаційних заходів є основою для визначення санітарно-гігієнічних умов у зонах впливу водоймищ і комплексної медико-біологічної оцінки.

При створенні водоймищ найбільшу роль грають фактори, що мають пряме відношення до умов життя населення: переселення його на нові місця, санітарна обстановка в населених пунктах у зоні впливу водоймища, організація водопостачання в нових умовах, господарське освоєння нових земель й ін. При цьому важливе значення набуває відповідність якості води вимогам господарсько-питного водокористування, рекреації, зрошення, рибного господарства.

Саме скидання у водоймище забруднених вод, у тому числі із площі водозбору, може призвести до нагромадження органічних речовин, збільшення мінералізації води й бактеріальної флори й у сукупності, як показано вище, до погіршення якості води. У механізмах евтрофування малопроточних водоймищ ключову роль відіграє надходження біогенних елементів (табл. 4.3).

На формування санітарно-гігієнічних умов водоймищ великий вплив робить клімат.

Активний зовнішній водообмін сприятливо відбивається на внутрішньоводоймових процесах, на гідрохімічному режимі й санітарному стані, зменшуючи загальну мінералізацію, підсилюючи аерацію води, сприяючи поліпшенню її якості.

Саме стан водних екосистем при дії природних і антропогенних факторів визначає процеси самоочищення, якість води у водоймищі й нижньому б'єфі й, в остаточному підсумку, санітарно-гігієнічні умови.

На підставі результатів прогнозу якості води дається оцінка ефективності заходів щодо посилення позитивного й запобігання або ослаблення можливого негативного впливу створеного водоймища на медикоекологічну обстановку.

Залежно від категорії водокористування показники якості води повинні відповідати вимогам, наведеним у табл. 4.4.

Вплив на сільське господарство створення водоймищ комплексного призначення залежить від природних умов, площі вилучених із сільськогосподарського обороту земель і відповідно втрат сільськогосподарської продукції, зміни водного режиму заплавних сільськогосподарських земель у нижньому б'єфі й обсягу одержуваної з них продукції, захисту земель від повеней, зрошення земель водою з водоймища й збільшення за рахунок цього виробництва сільськогосподарської продукції. Слід також враховувати, що за останні десятиріччя при підготовці ложа водоймищ комплексного призначення в багатьох випадках проводиться зняття верхнього родючого шару ґрунту для поліпшення малопродуктивних земель і виробництва на них сільськогосподарської продукції.

Залежно від природних умов і сукупності наведених вище факторів створення водоймищ може привести як до зменшення виробництва сільськогосподарської продукції, так і до його збільшення.

У маловодних посушливих регіонах водоймища дозволяють значно збільшити виробництво сільгосппродукції. У цілому за рахунок створення водоймищ і зрошення з них одержують приблизно 12–16% світового виробництва продуктів харчування.

Вплив на ландшафти. Затоплення водоймищ може призвести до втрати природних ландшафтів. У багатьох випадках при виконанні необхідних заходів, включаючи благоустрій і озеленення прибережної зони, гідроенергетичні об'єкти з водоймищами, що утворюють великі водні простори, гармонійно вписуються в природний ландшафт і згодом сприймаються як його невід'ємна частина.

У посушливих районах, бідних природними водоймами, водоймища підвищують привабливість ландшафтів, надаючи їм нове звучання. У гірській місцевості, наприклад в Австрії, каскади ГЕС на притоках р. Дунай (Інн, Драва) утворюють спокійні водні простори, що вписалися в природний ландшафт. Чудово сполучаються з навколишнім ландшафтом водоймища й споруди Дніпрогесу (Україна), Саяно-Шушенської і Чиркейської ГЕС (Росія), Інгурської (Грузія), таких об'єктів, як Даніель Джонсон (Канада), Мовуазен (Швейцарія), і багато інші.

Ряд гідровузлів за інженерним задумом й красою втілення стали видатними досягненнями нашого часу, одержали статус архітектурних пам'ятників, наприклад Дніпрогес (Україна), Ітайпу (Бразилія–Парагвай) й ін. Асуанський гідровузол (Єгипет) і Гувер (США) включено до списку 10 видатних споруд ХХ століття.

Гребля Гувер вночі (США)