Кандидат геолого-минералогических наук М. А. ХАРЬКИНА, кандидат технических наук В. К. ГОРБУШИНА
озведение гидроэлектростанций требует создания водохранилищ, плотин, дамб,каналов,гидротехнических туннелей и других сооружений. Необходимые для этого работы (вскрытие котлована, укладка бетона, отсыпка плотины, наполнение водохранилищ и т.д.) приводят к изменениям естественных геологических процессов и их последствий для живых организмов и человека.
Начнем рассмотрение проблемы с изменения рельефа территорий при строительстве ГЭС. Их условно можно поделить на качественные и количественные. Качественные изменения касаются отторжения части суши в результате создания водохранилищ. Самыми крупными по площади являются равнин-
32
Ф
^ Black process 45.0° 120.0 LPI
ные водохранилища. Первое место среди них занимает водохранилище Вольта (Гана) площадью 8480 км2, второе - Куйбышевское (Россия) площадью 5900 км2.
Количественные изменения касаются вертикальной деформации и осадки пород в основании плотин и водохранилищ. Анализ многолетних наблюдений за скальными основаниями наиболее крупных бетонных плотин, построенных на территории бывшего СССР в различных геологических условиях и имеющих широкий диапазон конструктивных особенностей, показывает, что в течение первых 4-8 лет после завершения строительства происходит интенсивная осадка
© М.А. Харькина, В.К. Горбушина
ф
плотин. В ряде плотин (Саяно-Шушенская, Токтогульская, Андижанская ГЭС) наблюдавшаяся суммарная осадка составляет 1218 мм и не превышает расчетную. Однако суммарная наблюдавшаяся осадка основания большинства высоких плотин (Ингури, Чиркейская, Усть-Илимская, Красноярская ГЭС) превышает расчетную более чем в два раза и составляет от 20 до 160 мм.
Водохранилища создают также дополнительную вертикальную нагрузку. Под тяжестью воды дно водохранилища прогибается. Средняя скорость опускания ложа Красноярского водохранилища составляет 6-10 мм в год, Братского - 10-15, а наиболее глубокого - Токтогульского - 20-30 мм в год.
Доказано, что 76% аварийных ситуаций на ГЭС мира связаны с развитием природных и техногенных геологических процессов и лишь 24% - с дефектами инженерных конструкций и качеством строительства. Общие представления о значимости геологических процессов для обеспечения безопасности гидроэнергетических сооружений дает табл. 1. Однако пробле-
мам экологических последствий воздействия геологических процессов при создании гидроэнергетических комплексов уделяется значительно меньшее внимание. Постараемся частично восполнить этот пробел.
При строительстве ГЭС активизируются природные геологические процессы и возникают новые - техногенные. Они имеют как позитивные, так и негативные последствия для биоты и прежде всего для человека. Самым экологически значимым техногенным процессом является длительное затопление долины реки. Оно вызывает подъем уровня грунтовых вод на прилегающих к водохранилищу территориях.
Позитивные экологические последствия подъема уровня грунтовых вод заключаются в повышении урожайности сельскохозяйственных культур в засушливых районах. Так, благоприятным для сельского хозяйства явилось создание каскада Волжских ГЭС и сокращение территорий с неустойчивым ведением земледелия.
Ф
Ф
Таблица 1
Инженерные последствия проявления природных, техноприродных и техногенных процессов при создании гидроэнергетических комплексов
Бетонные плотины Грунтовые плотины Все типы плотин
Процессы Количество Количество Количество Количество Количество Количество
отказов отказов отказов
и аварий, % и аварий, % и аварий, %
Природные: 35 30 53 30 88 30
паводки 14 12 35 19 49 16.5
землетрясения 15 13 11 6 26 9
карст - - 1 1 1 0.5
оползни и отвалы 6 5 6 3 12 4
Техноприродные: 52 44 86 48 138 46
фильтрация 12 10 29 16 41 14
суффозия и размыв 8 7 14 8 22 7
эрозионный размыв 6 5 5 3 11 4
осадка 9 8 17 10 26 9
просадка - - 4 2 4 1
деформация сдвига 6 5 16 9 22 7
криогенные процессы 11 9 1 1 12 4
Техногенные: 31 26 39 22 70 24
обусловленные
дефектами проекта 17 14 17 10 34 12
обусловленные дефек-
тами строительства
и оборудования 14 12 22 12 36 12
ВСЕГО: 118 100 178 100 296 100
ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Кроме того, известны отдельные случаи позитивного влияния затопления на здоровье населения. Положительные перемены произошли в паразитарной обстановке района после создания водохранилища Каинди в Африке. До создания водохранилища этот район считался очагом онхоцеркоза - глазного заболевания, в результате которого 5.7% живущего в этой зоне населения лишалось зрения. После заполнения чаши водохранилища резко сократились участки, подходящие для размножения мошки-переносчика инфекций. В результате заболеваемость онхоцеркозом значительно сократилась, хотя численность населения увеличилась (вместо 10 прибрежных деревень появилось 70 новых поселений).
Основные негативные экологические последствия затопления обусловлены потерей земельных ресурсов. По данным Института сельскохозяйственных изысканий, площадь затопленных земель по состоянию на 1982 г. составила в России 4959.7 тыс. га, на Украине -794.1, в Казахстане - 729.5, Белоруссии -45.5, Латвии - 13.0 тыс. га. (В последние годы гидротехническое строительство на постсоветском пространстве практически не велось, и данные по площади затопленных земель можно считать современными.)
Одним из основных неблагоприятных экологических последствий затопления является необходимость переноса населенных пунктов со сложившейся системой расселения, социальной и производственной инфраструктурой. Так, создание Куйбышевского водохранилища привело к переселению 150 тысяч человек, Кременчугского - 130, Рыбинского - 116, Братского - 68, Горьков-ского - 31, Новосибирского - 30, Усть-Илим-ского - 16.
При сооружении каскада водохранилищ на Ангаре (Иркутского, Братского и Усть-Илимского), заполненных в 50-70-е гг. XX столетия, в зону затопления попало около 350 населенных пунктов Иркутской области (в основном перенесенных или ликвидированных, в ряде случаев - перестроенных или защищенных), из которых было переселено свыше 100 тыс. чел. При создании поселений на новых местах терялся эффект предыдущей освоенности и преемственности.
Затопление долины Ангары, а следовательно, и наиболее плодородных земель вызвало трудности со снабжением населения
34
продовольствием за счет местных резервов. Ущерб, нанесенный сельскому хозяйству Иркутской области, был огромен: затоплено свыше 7 тыс. км2 территории (около 1% всей площади региона), а с учетом подпора уровня озера Байкал общая площадь затопления (с Бурятией) составила 8.4 тыс. км2. При этом в зону затопления попали наиболее плодородные сельскохозяйственные земли речных долин площадью 2.2 тыс. км2 (около 10% современного сельскохозяйственного фонда Приангарья). Под воду ушла, например, знаменитая "илимская пашня", уже в XVII веке обеспечивавшая хлебом всю Якутию. Компенсационное освоение новых земель было недостаточным (не реализован до конца даже пресловутый принцип "гектар за гектар") и к тому же осуществлялось преимущественно на таежных водораздельных пространствах, продуктивность которых в 2-4 раза ниже продуктивности потерянных долинных земель. Утрата наиболее ценных сельскохозяйственных угодий стала одной из основных причин обострения продовольственной проблемы в Иркутской области.
С созданием водохранилищ связано возникновение еще одного техногенного геологического процесса - подтопления территорий. Территория считается подтопленной, когда уровень грунтовых вод располагается на глубине менее 1 м от поверхности на сельскохозяйственных угодьях, менее 2 м в сельских населенных пунктах и менее 3 м в городах.
Подтопление берегов водохранилищ, особенно равнинных, нарушение водного режима приводят к существенным трансформациям растительности, включая луговые и лесные фитоценозы.
Изменения луговых фитоценозов в лесной и лесостепной зоне происходят при подъеме уровня грунтовых вод до отметок 0.6-1.0 м от поверхности. Изменения носят позитивный характер и связаны с усилением роста и густоты травостоя, повышением урожайности ряда злаков (овсяницы, тимофеевки) и некоторых бобовых. Общая наземная фитомасса увеличивается в 1.2-1.6 раза. Однако дальнейшее повышение уровня грунтовых вод до отметок 0.3-0.5 м от поверхности приводит к ухудшению условий произрастания: сокращается число прежних видов растений, выпадают мезофильные злаки и бобовые, поселяются гигрофиты (осоки, камыш, сабельник болотный), исходные фитоценозы дегради-
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
руют, ухудшается видовой состав, а через 35 лет формируются новые сообщества (осоковые), снижающие кормовую ценность травостоев.
В лесных фитоценозах поднятие уровня грунтовых вод вызывает переувлажнение почв и дефицит в них кислорода, что ведет к отмиранию части корней деревьев, а порой -к их гибели. Наименее устойчивы к новым гидрогеологическим условиям ель и пихта, лучше приспособлены ольха, береза, ясень, сосна.
Степень влияния подтопления на древесную растительность зависит от глубины залегания грунтовых вод. В подзоне сильного подтопления (уровень грунтовых вод на глубине 0.1-0.4 м) уже через 4-5 лет формируются новые типы леса, наблюдается изрежи-вание и ветровал елей и сосен и замещение их березой, ивой, осиной. В подзоне умеренного подтопления (грунтовые воды на глубине 0.6-1.1 м) исходные типы леса в основном сохраняются, однако усиленно развиваются гигрофиты и гигромезофиты (в том числе зеленые мхи и некоторые злаки). В подзоне слабого подтопления (грунтовые воды на глубине 1.5-2 м) тип леса, как правило, не изменяется.
Наполнение водохранилищ и неизбежное при этом подтопление территорий существенно изменяют условия жизни населения. Подтопление оказывает косвенное воздействие на состояние здоровья населения, как правило, негативное. Так, значительное ухудшение эпидемиологической и паразитарной обстановки отмечалось после создания водохранилищ Насер и Сеннар в бассейне р. Нил, подтопления значительных площадей и введения круглогодичного орошения. Заболеваемость шистосомозом* возросла
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.