ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 1, с. 20-27
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 556.16"32"(282.256.86)
РЕСУРСЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ДОЛИНЕ р. КОЛЫМА И ИХ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОЛЫМСКОЙ ГЭС
© 2014 г. В.Е. Глотов, Л.П. Глотова, М.В. Ушаков
Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт Дальневосточного отделения Российской академии наук (СВКНИИДВО РАН), Портовая, 16, Магадан, 685000 Россия. E-mail: glotova@neisri.ru
Поступила в редакцию 24.09.2012 г.
В статье показаны преобразования условий формирования ресурсов пресных природных вод до и после сооружения водохранилища в долине р. Колыма. Отмечены многократное увеличение этих ресурсов в нижнем бьефе в зимнюю межень и возникновение новой области питания подземных вод в речной долине на отрезке от верховьев водохранилища до пос. Усть-Среднекан. Авторы не исключают возможность возрастания фильтрационных потерь из водохранилища, особенно после сооружения Усть-Среднеканской ГЭС.
Ключевые слова: водохранилище, нижний бьеф, зимняя межень, водные ресурсы, геоэкологические следствия.
ВВЕДЕНИЕ
Река Колыма - крупнейшая водная артерия северо-востока России, протекающая по территории трех субъектов Российской Федерации - Магаданской области, Республики Саха (Якутия) и Чукотского автономного округа (ЧАО) (рис. 1).
Обладая водосборной площадью в 643 тыс. км2, полной длиной 2436 км, река ежегодно выносит в Восточно-Сибирское море 123 км3 воды при среднем расходе около 3900 м3/с [8]. Водосборная площадь р. Колыма преимущественно гористая. Низменности развиты на левобережье в нижнем течении, суммарно занимая не более 15% от площади общего речного водосбора. Многолет-немерзлые породы (ММП) имеют сплошное распространение. Сквозные талики развиты преимущественно под руслами средних и крупных рек с водосборными площадями более 10 тыс. км2.
С начала 80-х годов прошлого столетия в 1844 км от устья стали возводить Колымскую ГЭС (КГЭС). С целью аккумуляции технической воды для выработки электроэнергии было создано одноименное водохранилище, полный объем которого 14.6 км3. Плотина этого водохранилища -каменно-набросная с суглинистым ядром, высота 131 м; абсолютная отметка гребня 458.5 м. Первый агрегат начал работать в 1981 г. при пони-
женном напоре. Завершение строительства ГЭС относится к 1988 г., когда станция производила электроэнергию при стабильном проектном напорном уровне больше 108 м.
Водохранилище и рабочий сброс воды в значительной степени преобразовали режим формирования водных ресурсов р. Колыма как на площади водоема, так и в его нижнем бьефе. Мониторинг этих изменений выполняют на многолетних стационарных постах АО "Колымская ГЭС", Колымского, Чукотского и Якутского управления по гидрометеорологии и охраны окружающей среды (УГМС). При обобщении материалов сотрудниками Колымского УГМС (М.В. Ушаковым и др.) основное внимание уделено изменениям основных гидрологических показателей в теплый период года и в среднем за год. Зимний речной сток ввиду его малой доли в общегодовом не привлекал внимания исследователей-гидрологов. Однако именно в холодный период года (с октября по апрель) реки питаются только подземными водами. В связи с этим изучение закономерностей уменьшения ресурсов пресных вод в зимнюю межень и режима стока позволит выявить мерзлотно-гидрогеологические изменения, произошедшие под влиянием КГЭС, и их геоэкологическую значимость, прогнозировать возможное воздействие
сооружаемой Усть-Среднеканской ГЭС на водные ресурсы бассейна р. Колыма.
Методы исследований традиционны. Включают сбор и анализ опубликованных материалов многолетних наблюдений на упомянутых выше постах мониторинга колымского речного стока. Кроме того, мы использовали результаты собственных полевых работ геоэкологической направленности в бассейне р. Колыма. При выполнении исследований для получения количественных характеристик применяли методы математической статистики по обработке временных рядов, метод сравнения среднемноголетних параметров гидрологического режима за различные периоды по критерию Стьюдента с уровнем значимости 5%.
Общие сведения о ресурсах подземных вод р. Колыма в зимнюю межень до строительства КГЭС приведены по ряду постов, результаты наблюдений по которым отражены в Государственном водном кадастре [7]. Положение их показано на рис. 1.
Формирование стока р. Колыма почти на 95% происходит в горных районах криолитозоны при минимальной заозеренности, величина которой не более 1%. Генетические составляющие водного стока - преимущественно воды атмосферные (таяние снега, льда, дождь), конденсация водяных паров, в меньшей степени - подземные. В теплое время года проявлены все источники речного стока. По многолетним данным, общий объем стока за это время достигает 94-95% общегодового. Все 7 месяцев холодного периода года при среднесуточной температуре воздуха ниже 0 °С река питается только подземными водами зоны свободного водообмена - надмерз-лотными, частично и подмерзлотными. Этот сток формируется большей частью за счет дренирования вод сезонно-талого слоя (СТС), водоносных горизонтов надмерзлотных, сквозных таликов и подмерзлотных зон преимущественно гипергенной трещиноватости. При этом в октябре-ноябре проходит почти 80% зимнего стока, который в декабре составляет около 10% общего зимнего и обеспечивается преимущественно водоносными таликами (подрусловыми и подо-зерными). Примерно такой же объем стока приходится на четыре последующих зимних месяца (с января по апрель).
Следовательно, данные о режиме стока рек и интенсивности их промерзания в зимнюю межень свидетельствуют о непрерывном в течение этого времени сокращении площади стока и соответ-
Рис. 1. Схема расположения бассейна реки Колыма: 1 - плотина Колымской ГЭС, 2 - границы водосборной площади р. Колыма, 3 - гидрологические посты на р. Колыме, в т.ч. 1 - п. Оротук, 2 - п. Дусканья, 3 - п. Синегорье (плотина Колымской ГЭС), 4 - п. Усть-Среднекан, 5 - г. Среднеколымск, 6 - п. Колымское-1.
ственно неустойчивости структуры зоны свободного водообмена в недрах дренируемых гидрогеологических систем. Аналогичное заключение подтверждается и гидрометрическими данными в летнюю межень, но при этом следует считаться со стоком, обеспечиваемым таянием наледей, снежников, ледников и водоемами, перемерзающими или пересыхающими в начале холодного периода года.
Можно утверждать, что расход воды в зимнюю межень в каждом замыкающем створе определяется величиной стока на вышележащем посту и боковым притоком. Потери воды между двумя створами будут связаны с интенсивностью льдообразования, в том числе наледеобразования, возможным испарением воды с поверхности наледей и полыней, искусственным отбором воды для водоснабжения. Последние две статьи расхода пренебрежимо малы, поскольку полыньи в русле р. Колыма в естественных условиях не получили развития, а наледная вода переходит в лед в первые десятки минут после самоизлива. Мало значим и отбор воды для водоснабжения. Суммарно по всем населенным пунктам от вер-
Таблица 1. Основные характеристики водных ресурсов в долине р. Колыма в зимнюю межень в естественных условиях (до 1980 г.)[7]
Замыкающий пост, при- Элементы стока по створам постов в зимние месяцы, м3/с;
№№ ращение водосбора, км2; Статьи модуль, л/с-км2
п/п расстояние между створами, расхода
км; площадь ледового покро- Х XI XII I II III IV
ва, тыс. м2
1 п. Оротук; 42.6 рс 36 22.8 9.3 4 2.9 1.8 1.5
Мпс 0.85 0.53 0.22 0.09 0.07 0.04 0.03
2 п. Дусканья, 7.5; 76; 11400 рс 92.8 27.2 12.2 6.4 3.5 2.4 2.2
рл 0.4 2.1 1.8 0.5 1.7 0.5 0.3
дб.п. 57.5 6.5 4.7 2.9 2.3 1.1 4
Мпс 7.7 0.87 0.63 0.39 0.3 0.14 0.13
3 п. Синегорье, створ плоти- рс 153 42 18.5 8.3 4.4 2.6 3.1
ны, 11.4; 133; 20850 рл 1.8 4 2.9 1.6 2.6 1.5 0.3
дб.п. 62 18.8 9.2 3.5 3.5 1.7 1.2
Мпс 5.4 1.65 0.8 0.3 0.3 0.15 0.11
4 п. Усть-Среднекан, 37.9; 221; рс 238 71.7 34.3 16 9.5 6.6 5.9
55250 рл 2.7 4.6 3.7 3.5 2.5 0.7 -0.4
дб.п. 87.7 33.7 19.5 11.2 7.6 4.7 2.4
Мпс 2.3 0.9 0.5 0.3 0.2 0.12 0.06
5 г. Среднеколымск, 261.6; рс 980 322 196 114 78.8 63.8 55.6
982;613750 рл 38.7 74.6 39.2 30.9 25.8 14.4 8.5
дб.п. 780.7 324.9 200.9 128.9 95.1 71.6 58.2
Мпс 3 1.2 0.77 0.42 0.32 0.27 0.22
6 п. Колымское, 165; 369; рс 1793 408 257 143 7.4 65 44
276750 рл 134 25.9 23.3 14.9 16.5 9.3 9.3
дб.п. 826.4 111.9 84.3 43.9 20.5 0.5 -2.3
Мпс 5 0.68 0.51 0.27 0.12 0.003 -
Примечание. ре - расход воды в замыкающем створе; рл - расход воды на образование льда; рб.п. - боковой приток на участке между створами, в том числе разгрузка подземных вод в русло реки; Мпс - модуль подземного стока.
ховьев до створа пос. Черский на водоснабжение в зимнюю межень расходуется около 0.1 м3/с. Например, наиболее крупный потребитель воды на берегах р. Колыма в зимнее время был г. Сред-неколымск, потребность которого определялась в 5 тыс. м3/сут, т.е. на уровне 0.1% от стока в апреле, в конце зимней межени. Пос. Синегорье тратил около 2 тыс. м3/сут в 1970-1985 гг., затем не более 1000 м3/сут. Остальные населенные пункты общим числом около 20 использовали суммарно около 3 тыс. м3/сут, частично компенсируя забор чистой воды сбросом полуочищенной.
Наиболее значимы потери на льдообразование, включая и наледеобразование, в руслах рек. В силу хозяйственной особенности р. Колыма ее русло в зимнее время являлось и является до сих пор временной автодорогой - зимником. За интенсивностью роста толщины льда и состоянием ледового покрова следят на 14 многолетних
пунктах, в том числе на гидрологических постах. Данные этих наблюдений использованы нами для расчета средних значений прироста толщины льда в русле между двумя гидрологическими створами. Тем самым мы получили данные для определения величины боковой приточности на большей части долины Колымы в зимнюю межень (табл. 1) по формуле
рб.п. = рс - рв + рл,
где рб.п. - боковой приток на участке между створами, в том числе разгрузка подземных вод в русло реки; рс - расход воды в замыкающем створе; рв - расход
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.