УДК 556.516+626/.627(282.252.1)
Воздействие гидротехнического строительства на сток Амура
К. К. Эдельштейн*, М. Г. Гречушникова*
Приведены результаты расчетов изменения стока р. Амур при совместном влиянии Зейского и Бурейского гидроузлов, а также сведения о трансформации стока воды, наносов, русловых процессов на р. Зея после строительства гидроузла. Рассмотрены вероятные изменения стока р. Бурея при регулировании в годы разной водности, оценен вероятный состав водных масс Бурейского водохранилища и трансформация режима Буреи ниже гидроузла. Рассчитано изменение доли трансформированного стока гидроузлами по длине Амура.
Амур — четвертая по водоносности река России (355 кмъ/год) длиной 2820 км — имеет площадь водосбора 1855 тыс. км2 [11], превышающую бассейн величайшей азиатской реки Янцзы. В отличие от нее, Оби и Енисея, русло Амура, как и Лены, еще не перекрыто плотинами. Но на притоке Амура — р. Зея — в 1975—1985 гг. сооружен гидроузел противопаводкового и гидроэнергетического назначения, один из крупнейших в нашей стране. А на другом крупном притоке Амура — р. Бурея — возобновлено строительство подобного гидроузла. Перекрытие Буреи в створе у п. Тала-кан и пуск первой гидротурбины Бурейской ГЭС состоялись весной 2003 г., началось заполнение Бурейского водохранилища. Учитывая значимость Амура, его долины и устьевой области в природе и хозяйстве наиболее плотно заселенной части Дальнего Востока, необходимость гидроэкологической оценки воздействия этих двух гидротехнических объектов на водный, химический и биологический режим Амура в его среднем и нижнем течении очевидна.
Зейский гидроузел расположен в 660 км от места впадения Зеи в Амур, у г. Зея, в нижнем конце каньонообразного участка долины Зеи, где река прорезает хребет Тукурингра. Бетонная плотина высотой 110 м образует водохранилище площадью 2420 км2 и объемом 68,42 км3, затопившее обширную и сильно заболоченную низинную часть Верхне-Зейской равнины. Водоносность Зеи в створе гидроузла 23,4 км3/год [12], следовательно, проектный коэффициент водообмена Зейского водохранилища составляет всего 0,34 год-1.
Об изменении водного режима р. Зея регулирующим ее сток водохранилищем дает представление рисунок 1, построенный по данным гидрометрических наблюдений в средневодный 1993 г. На главном притоке водо-
* Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.
Рис. 1. Колебания среднесуточного расхода воды в створе р. Зея — устье Купури выше зоны выклинивания подпора Зейским гидроузлом (1), в створе р. Зея — Овсянка ниже гидроузла (2) и изменение уровня воды в верхнем бьефе Зейского гидроузла (3) в сред-неводный 1993 г.
хранилища четко выражен крайне изменчивый паводковый режим притока воды в водохранилище. Два первых майских пика полностью или частично вызваны снеготаянием, остальные пики с расходом более 1000 м3/с — дождевым стоком, в межпаводковые периоды расход не превышает 50 м3/с. Уровень воды в водохранилище поднялся на 9,5 м, но не достиг НПУ = 315 м. В фазу наполнения средний расход воды в нижний бьеф гидроузла составлял 640 м3/с. В фазу сработки уровень воды в водохранилище снижался по 4 см в сутки, так как зимой приток воды в р. Зея уменьшился до 2—3 м3/с, а ее сброс через гидроузел, наоборот, увеличили до 1000—1200 мъ/с.
На фоне инверсии речного режима водного стока в нижнем бьефе возникли высокочастотные колебания расходов воды с минимальными значениями в нерабочие дни (недельное регулирование, особенно заметное на рис. 1 в марте и ноябре). Размах этих колебаний до 200 м3/с и более. Эксплуатация накопленных в водохранилище водных ресурсов коренным образом изменила не только гидрологический режим р. Зея в нижнем бьефе гидроузла, но и на всем ее протяжении до слияния с Амуром. Максимальные уровни на участке от г. Зея до устья р. Селемджа снизились в среднем на 4 м, а в устье Зеи на 0,5—0,7 м. Влияние суточных колебаний уровня воды распространяется на 85—120 км ниже гидроузла. Срезка паводковых пиков и увеличенный зимний сток Зеи наиболее выражены на протяжении первых 30—50 км ниже гидроузла. Каждую зиму здесь возникает обширная полынья, над которой образуется слой густого морозного тумана [2]. Это микроклиматически неблагоприятное явление имеет одновременно важное позитивное гидроэкологическое последствие. Благодаря полынье изменился кислородный режим реки — минимум концентрации О2 сместился на летний сезон, прекратились зимние заморы рыбы в реке. Температура воды летом теперь вблизи плотины не превышает 6,5°С, что неблагоприятно для рекреации, но способствует насыщению кислородом русло-
вого потока. Годовой размах колебаний температуры воды здесь уменьшился с 13—20 до 3,5—7°С, но после впадения р. Уркан термический режим реки восстанавливается (размах колебаний температуры воды 17—22°С).
По данным гидрохимических наблюдений, минерализация и жесткость воды р. Зея зимой уменьшились в 2—4 раза, максимальные значения пер-манганатной окисляемости (ПО), цветности (Цв), содержания аммонийного иона и общего железа — в 1,5—2,5 раза. Уменьшение изменчивости этих характеристик существенно облегчает водоподготовку на водопроводных станциях. Уменьшилось количество взвешенных веществ, на что указывает малое количество осадков пойменной фракции на вновь сформированных уровнях низкой поймы [10]. Речное русло по-прежнему сложено мелким и средним галечником, а интенсивность русловой эрозии снизилась благодаря срезке пиков паводков.
В естественных условиях сток Зеи обычно не превышал 50% годового стока Амура в створе с. Гродеково (15 км ниже устья Зеи), но, например, в 1961 г. из-за паводков он составил 70%. В бассейне Амура имеется три центра формирования высоких паводков — Верхне-Амурский, Зейско-Норский и Селемджинско-Буреинско-Амгуньский [1]. Если паводок формируется одновременно в 2—3 очагах, он становится катастрофическим (1958, 1959 гг.). При высоких паводках возникает наводнение с затоплением поймы (30-дневное затопление имело повторяемость раз в 4—8 лет). После ввода Зейской ГЭС на полную мощность в 1985 г. сток Зеи в теплую часть года уменьшился до 45%, а в холодную увеличился в 20 раз у г. Зея и в 3,5 раза в ее низовьях. Наибольшее влияние на экологическую безопасность долины Амура Зейское водохранилище оказало в 1982 г., когда в нем было задержано 97% объема паводка. У г. Зея уровень воды был понижен на 3,0—3,2 м, на Среднем Амуре — на 2,5—2,8 м и у Хабаровска — до 1,7 м. Благодаря противопаводковой емкости Зейского водохранилища в 1984 г. предотвращено наводнение на Амуре, сопоставимое с самым разрушительным наводнением 1972 г. [8].
Бурейский гидроузел возводится в створе, расположенном в 186 км от устья р. Бурея с площадью бассейна 70,7 тыс. км2 [4]. Нижнее течение реки в пределах Зейско-Бурейской равнины представляет собой многорукавное русло шириной до 600 м. Река — преимущественно дождевого питания, которое составляет в среднем 72% объема годового стока (талые воды — 21%, подземные — 7%). Водный режим аналогичен тому, который имела р. Зея до постройки Зейского гидроузла. В теплую часть года на Бурее наблюдается до 10—12 паводков, чаще всего в мае и июле. Вследствие этого размах колебания уровня в равнинной части достигает 8,7 м. В весенний ледоход подъем уровня менее значителен. Наинизший уровень в Бурее — в конце зимы. Весенний сток в среднем составляет 35%, летний — 39%, осенний — 25% и зимний — около 1% годового объема. Мутность воды в Бурее менее 40 г/м3, в паводки — не превышает 370 г/м [13]. Средний за многолетний период сток Зеи составляет 26%, а Буреи — 14% водоносности Амура.
Плотина Бурейского гидроузла после завершения строительства создаст подпор в 124 м при НПУ = 256 м абс., который распространится вверх по
течению Буреи до устья р. Ургал. Длина водохранилища по проекту составит 150 км, площадь — 800 км2, объем — 22,5 км3, полезный объем -11,5 км3, ежегодная проектная сработка — 20 м. Площадь водосбора водохранилища 64,8 тыс. км2. Максимальная пропускная способность водослива гидроузла 9800 м/с, среднегодовой расчетный расход воды в створе плотины 863 м/с. Это соответствует объему стока 27,2 км /год, а расчетный коэффициент годового водообмена равен 1,2 год-1. Следовательно, будущее водохранилище — водоем тоже многолетнего регулирования стока, но будет в 3,5 раза проточнее, чем Зейское водохранилище.
Для оценки возможного изменения стока р. Бурея после окончания строительства Бурейского гидроузла нами выполнен расчет ежемесячного водного баланса водохранилища для лет разной водности (табл. 1). Приток воды к створу гидроузла оценен по фактическому стоку Буреи в средне-водный 1964 г., в исключительно многоводный 1972 г. и в маловодный 1968 г.
Бурейское водохранилище, согласно водно-балансовой типизации водохранилищ России [3], относится к водоемам с ничтожным влагообменом с атмосферой. Поэтому при расчете водного баланса разностью слоя осадков и испарения с акватории водохранилища пренебрегали. За начало расчетных водохозяйственных лет, как и в проектном водном балансе для средневодного года, приняли 1 мая, когда запас воды в водохранилище Жн = 12,0 км3 при уровне проектной сработки. Среднемесячный расход сброса воды Бурейским гидроузлом Qсб назначали в соответствии с правилами регулирования стока, принятыми в проекте гидроузла: в фазу наполнения водохранилища Qсб = 600 м3/с до момента достижения уровня, соответствующего НПУ, при котором Жн = 22,4 км3; в фазу стабилизации запаса воды при отметке НПУ расход сброса воды Qсб = 2.Qро, где 'LQро — суммарный приток воды в четыре расчетных отсека сооружаемого водохранилища; в фазу сработки (начало — 1 ноября) среднемесячный Qсб задаем так, чтобы к 1 мая следующего года опорожнить водохранилище до уровня проектной сработки (236 м).
По результатам расчета ежемесячного водного баланса, изменения уровня воды в водохранилище и расхода ее сброса гидроузлом за реальный средневодный 1964 водохозяйственный год (рис. 2а) очень близки к проектному режиму регулирования стока Буреи. А в многоводный 1972 г. июльский пик летнего половодья наполнил бы полезный объем водохранилища, как
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.