Гидротехнические сооружения

Под гидротехническим сооружением (ГТС) понимаются инженерные сооружения, позволяющие осуществлять различные водохозяйственные мероприятия, а также использовать водные ресурсы и предотвращать вредное воздействие воды и жидких отходов.

Это целый комплекс объектов, обеспечивающих использование воды в хозяйственно-бытовых и промышленных целях:

  • 1) на морском шельфе — платформы, скважины, трубопроводы и т.д.;
  • 2) побережьях — берегоукрепление, охладители АЭС, ТЭС и т.д.;
  • 3) напорные ГТС на реках, озерах и водохранилищах;
  • 4) ГТС на водных путях и портах (шлюзы, причалы и пр.);
  • 5) гидротранспортные, дренажные и польдерные системы.

В начале 1990-х гг. в России насчитывалось около 65 тыс. гидротехнических сооружений, из них 30 тыс. — напорных и 35 тыс. — безнапорных. Работа по инвентаризации ГТС началась в 2004 г. с созданием Росприроднадзора.

Среди напорных ГТС более 400 находится в федеральной собственности, субъектам Федерации принадлежит 5700 ГТС, муниципалитетам — 6300, хозяйствующим субъектам — 15 300, Минсельхозу — 250, Минтрансу —111, Росатому — 13, Росводресурсам — 24 объекта. В удовлетворительном состоянии находится лишь половина российских ГТС.

Бесхозными являются свыше 4000 объектов. Часто собственники отказываются от содержания проблемных ГТС, например, ограничивающих места сброса сточных вод.

Любое напорное ГТС представляет ту или иную опасность, в частности, экологического характера. В целях предотвращения аварий и негативных последствий функционирования ГТС для действующих объектов создается декларация безопасности, которая служит основным документом, обосновывающим его надежность.

Экологическая оценка проектов ГТС охватывает все стороны взаимодействия объекта с компонентами окружающей среды, в том числе использование следующих средств и методов гидротехнического обеспечения:

  • • регулирование стока посредством водохранилищных гидроузлов;
  • • создание подпоров воды путем строительства русловых водоподпорных сооружений;
  • • дноуглубительные работы и регулирование русел;
  • • перекрытие пойменной гидрографической сети глухими дамбами-переездами;
  • • перекрытие пойм насыпями и дамбами обвалования (дорог, прудов рыбхозов, оросительных систем и участков);
  • • рыбозащитные и рыбопропускные сооружения.

В результате применения средств гидротехники развиваются многочисленные антропогенные изменения. Особенно уязвимыми оказываются биоценозы пойменных лесов, в которых прогрессирует деградации (ухудшение лесопатологической обстановки, биоразнообразия растительности и животных).

Проблема реконструкции и технического перевооружения действующих ГЭС за последние десятилетия приобрела особую остроту. Современный уровень инженерных разработок позволяет, разумно сочетая способы мониторинга, восстановления, имитации, защиты окружающей среды, создавать эффективные природно-технические системы с ГЭС, сохраняя биоразнообразие и обеспечивая благоприятные условия проживания людей. Важно учитывать экологические воздействия гидротурбинного оборудования, характеризующегося большим спектром негативных последствий: травмирование гидробионтов, загрязнение водной среды нефтепродуктами, шум, вибрация и др.

Водохранилищами называют искусственные водоемы объемом более 1 млн м3 или естественные озера с гидрологическим режимом, измененным человеком. Их создают в долинах рек или чашах путем возведения плотины. Многолетнее регулирование стока преследует цель аккумулировать излишек воды в многоводные годы для использования ее в маловодные, а в пределах каскада — для специальных попусков воды в нижележащие водохранилища.

В результате снижения интенсивности водообмена водохранилища становятся мощными аккумуляторами влекомых наносов и материала от абразии берегов. Заиление горных водохранилищ идет намного интенсивнее, чем равнинных. Другой крупный процесс, присущий многим водохранилищам, — эвтрофирование1. По мере накопления в водоеме органических остатков содержание фосфора, азота, калия возрастает и с течением времени начинает превышать ПДК. В этом случае уже можно говорить о загрязнении водохранилища. Интенсивное применение минеральных и органи-

Эвтрофикация — повышенная продуктивность («цветение») и вторичное органическое загрязнение воды. Антропогенная эвтрофикация — результат избыточного сброса биогенных питательных веществ (в основном, фосфора и азота) со сточными водами и поверхностным стоком, отличается от естественной высокой скоростью процесса.

ческих удобрений, гербицидов, дефолиантов создало напряженную гидрохимическую обстановку на многих водохранилищах (Куйбышевском, Каховском, Краснодарском и др.).

Береговая зона1 является важнейшим элементом перехода от суши к акватории. Она обладает исключительно высокими показателями проявления экзогенной (поверхностной) и эндогенной (глубинной) геодинамики, приводящей к постоянной естественной трансформации геологических, геоморфологических и экологических характеристик.

В природных водах водохранилищ обнаруживается стандартный набор классов органических соединений, который устанавливается с непреложностью в реках и морях Ледовитого океана (зоны рас-преснения в шлейфах Великих Сибирских рек): органические (жирные) кислоты, алканы (парафины), алкены (олефины), спирты (алканолы) и некоторые другие вещества природного происхождения. К техногенным загрязнителям относятся эфиры фталевой кислоты (фталаты), а также ароматические углеводороды. Специализация создается неорганическими ЗВ, прежде всего металлами, отражающими в «геохимическом портрете» водосборного бассейна отраслевую направленность региона.

Отдельно нужно обратить внимание на распределение ртути, особенно ее метилированных форм. Как показывает практика мирового гидростроительства, даже фоновые содержания ртути, присутствующие в затопляемых почвах, способны обеспечить загрязнение всей трофической цепи: донный ил, придонная вода, водные растения, ихтиофауна, водоплавающие птицы. Рост содержания ртути в водохранилищах в результате метилирования гуминовых веществ продолжается не менее 10—15 лет, затем он прекращается, и начинается процесс рассеяния этого специфического ртутного загрязнения. Наличие ртути в почвах затопляемых территорий, в том числе и в аномальных содержаниях, может обеспечиваться широким развитием сульфидной минерализации на многочисленных оловянных, редкометалльных и золоторудных проявлениях.

Вслед за ртутью (болезнь Миномата) ряд металлов стали поллютантами, опасными не столько из-за токсичности валовых содержаний, сколько из-за способности вступать в реакции биологического алкилирования и переходить в высокотоксичные органические соединения, имеющие ПДК на уровне нанограммов. Реакции

Береговая зона — область взаимодействия суши и водоема (водотока), состоящая из собственно берега (надводной части), береговой линии и берегового склона (подводной части).

биоалкилирования, равно как и иные биохимические превращения под действием аэробных и анаэробных бактерий, дают довольно летучие металлорганические соединения, обнаруживаемые не только в воде, но и в воздухе. Формы алкилированной ртути, мышьяка, кадмия, таллия, свинца, олова и селена возникают при подтоплении и заболачивании хранилищ промышленных отходов, при накоплении зараженных этими тяжелыми металлами донных осадков в застойных зонах водоемов и при переходе прибрежных почв в затопленное состояние, а также при сжигании угля и нефти.

Гидроузлы — группа гидротехнических сооружений (плотины, дамбы, каналы, насосные станции, шлюзы, судоподъемники и др.), объединенных по расположению и условиям совместной работы. В зависимости от места расположения гидроузлы бывают морские, речные, на каналах, озерные и прудовые. По назначению гидроузлы различают энергетические, транспортные, водозаборные (регулирующие сток).

Низконапорные судоходные гидроузлы и гидросистемы были издревле широко распространены на реках Европы и Восточно-Европейской (Русской) равнины (Тихвинская и Мариинская системы, позднее образовавшие Волго-Балтийский водный путь). Приведем пример анализа ОВОС подобных проектов.

Сегодня, когда экологическая экспертиза оказалась частью Главгосэкспертизы, экологические обоснования таких проектов рассматриваются исключительно сквозь призму будущих экономических дивидендов. Например, для увеличения пропускной способности Волго-Балта ведутся поиски альтернативного водного пути

из Ладожского озера в Финский залив (рис. 3.2 (^г).

Технически выгоден вариант № 3 с минимумом земляных работ. Чтобы сделать этот маршрут судоходным, необходимо не только соединить искусственным каналом р. Кибу и Лугу, но и обеспечить подъем судов почти на 40 м. Для этого потребуется создать на р. Луга настоящую лестницу из семи шлюзов, каждый из которых будет поднимать суда на 5—7 м, а также полностью реконструировать Волховский гидроузел.

Самыми уязвимыми позициями экологического обоснования (табл. 3.1) являются необходимость дноуглубления на двух третях русла р. Волхов и на половине русла р. Луги с уничтожением всего речного бентоса. Если этого не делать, а проложить канал не по реке, а рядом с ней, то он вызовет обширное подтопление и заболачивание правого берега, обмеление или распад на отдельные мелководные водоемы р. Луги, что нанесет непоправимый ущерб ихтиофауне и водоплавающим птицам.

млі

С.-Петербург

Г О

Кирмши

•.Молли Вишора

ГІ4коФ(*.Оі

лии Новгород

Порхов

Рис. 3.2. Концепция канала-дублера реки Невы: 1, 2, 3,4, 5 — варианты трассы Г_ )

Таблица 3.7

Экологические последствия сооружения обходного канала для трех главных вариантов трассы1

Северный (маршрут № 1)

Южный (маршрут № 3)

Углубление и расширение русла Вуоксы на некоторых участках, а также строительство шлюзов приведет к уничтожению бентоса

Необходима перестройка всех мостов на р. Волхове и р. Луге (с уничтожением прибрежных ландшафтов)

Питулько В.М. Экономика, внутренние водные пути и экологическая безопасность Российской Прибалтики // Гидротехника XXI век. 2011. № 1 (4). С. 32-35.

Северный (маршрут № 1)

Южный (маршрут № 3)

Образование при дноуглубительных работах отвалов грунта (как сухих, так и подводных), требующих рекультивации

Дноуглубление на двух третях русла р. Волхова, а также на половине русла р. Луги, сопровождаемое гибелью речного бентоса

Перестройка пяти мостов через р. Вуоксу (с уничтожением прибрежных ландшафтов)

Обустройство пересечения четырех железных дорог (с уничтожением прибрежных ландшафтов)

Сооружение трех-пяти шлюзов со встроенными электростанциями мощностью по 700 кВт каждая

Создание нового Волховского шлюза и семь шлюзов на водоразделе Волхов — Луга, что резко снизит пропускную способность трассы

Попытка «оживить» северо-западные территории Ленинградской области и западную часть Карелии за счет привлечения инвестиций на деле ущемит интересы традиционной рекреации населения мегаполиса

Попытка «оживить» юго-восточные территории региона за счет привлечения инвестиций выльется на деле в ущемление интересов третьих лиц, занятых здесь пригородным сельским хозяйством

Угроза популяции лосося, обитающего в системе р. Вуоксы

Утрата сельскохозяйственных ресурсов

Дноуглубление (например, р. Луги на 3—4 м) потребует создания системы водохранилищ-накопителей воды, поскольку при существующем модуле стока (7 л/с с 1 км2) потребуется еще около 15 л/с, т.е. строить нужно не только канал, но и гидротехническую инфраструктуру, обеспечивающую его деятельность. Климатические, гидрогеологические и биоценотические изменения не заставят себя ждать.

Серьезными могут быть и гидрологические последствия для стока р. Луги за счет отведения половины его объема в канал.

Наиболее правильным решением в обсуждаемой ситуации будет не строительство новых водных путей, а улучшение водной трассы по Неве.

Ирригационно-оросительные гидроузлы и мелиоративные системы также обладают своим экологическим контентом.

На море к ГТС относятся объекты портового комплекса (подходные каналы, грузовые и пассажирские причалы, контейнерные площадки, причалы портофлота, бункеровочные устройства, эстакады загрузки наливного флота), сооружения берегоукрепления и волнозащиты, искусственные острова различного назначения

и конструкции (буровые и добывающие платформы, образование территории порта), трубопроводы, объекты дноуглубления и подводных морских отвалов.

Портовые ГТС для морских экосистем являются источниками нефтезагрязнения и механического воздействия (при дноуглублении, извлечении, транспортировке и складировании загрязненных ДО), обусловливающие:

  • • прямое негативное влияние загрязненных ДО на водную фауну и флору;
  • • вторичное загрязнение вод компонентами загрязненных ДО (в основном — переход ЗВ из ДО во взвесь и их неконтролируемое распространение);
  • • ухудшение качества вод и ДО за счет сброса ЗВ 0—2-го классов загрязнения в подводный открытый отвал.

Перенос массы токсичных веществ в ограниченные водоемы (полигоны дампинга) только отодвигает во времени наступление кризисных ситуаций.

В результате «хронического загрязнения» в гаванях формируется комплекс техногенных ДО с аномально высокими содержаниями нефтепродуктов, хлорорганических соединений и ПАУ, и нарушаются условия жизнеобитания бентосной фауны.

Мониторинговые наблюдения проводятся в прибрежных зонах, возле причалов, у рассеивающих выпусков станций аэрации и локальных очистных сооружений. В целом, для перечисленных участков акватории типичны высокая фациальная изменчивость, активный литодинамический режим.

Рассматриваемая гидротехническая деятельность часто вызвана необходимостью образования намывных территорий. Специфика этих работ на прибрежных акваториях состоит в том, что техногенное воздействие на компоненты водных экосистем сказывается, в основном, на этапе создания ГТС, тогда как наземные ГТС (дамбы для образования территории) опасны на всем протяжении своего жизненного цикла.

В намывных грунтах сочетание свойств жидких и сыпучих тел, минерального скелета и поровой влаги, органического вещества создает многочисленные предпосылки для развития различных деформаций.

Устойчивости намывных территорий и создаваемых здесь инженерных сооружений угрожают следующие геоэкологические изменения:

• размещение в свободно аэрируемом пространстве намывных грунтов, изъятых из ближней зоны эстуарного барьера (пели-

товый терригенный материал, существенно обогащенный органическим веществом и обладающий сильными адсорбирующими свойствами);

  • • превращение техногенных карьеров в подводные накопители загрязняющих веществ и патогенной микрофлоры;
  • • переход аномальных концентраций поллютантов из иловых вод в водную толщу (вторичное загрязнение растворенными формами) и замутнение прибрежной акватории;
  • • неоднородность обобщенных инженерно-геологических свойств намываемых грунтов (плотность, влажность, сцепление);
  • • скачки метастабильных состояний физико-механических свойств при уплотнении грунта, формирование просадочных деформаций и тиксотропные проявления.

Современные методы стабилизации грунта при образовании территорий позволяют в короткие сроки — от восьми месяцев до двух лет — начать застройку. Нетрудно подсчитать, что даже при минимальном времени «отстоя» искусственного острова, намытого под терминал, безопасные строительные работы на нем могут начаться лишь через пять лет.

Намывные побережья образованы в большинстве случаев грунтами дноуглубления, вскрышными грунтами береговых и подводных карьеров со значительным объемом глинистых фракций. Создание намывных побережий из таких грунтов без осуществления специальных природоохранных мероприятий приводит к большим материальным и экологическим ущербам, ухудшению санитарного состояния водной среды и гибели гидробионтов.

Как правило, берега техногенных территорий, образованных средствами гидромеханизации, подвергаются закреплению, поскольку в проектах заранее предусматривается комплекс берегозащитных мероприятий превентивного назначения, ориентированных на обеспечение безопасного функционирования портовых и других инженерных сооружений. Кроме того, здесь проводятся регулярные регламентные наблюдения за состоянием геологической среды.

Закрепление протяженных намывных берегов проводится в зависимости от конкретных условий береговой зоны шпунтом, каменной наброской, набережными и прочими инженерными устройствами, включая сетки, габионы, технологии СеоШЬе. На основе современных компьютерных технологий полезную мониторинговую информацию приносит построение 3/)-моделей ключевых участков, что позволяет определять динамику взаимодействующих процессов в пространстве и во времени.

Особенно уязвимыми оказались биоценозы пойменных лесов, в которых начались процессы деградации (ухудшилась лесопатологическая обстановка, изменилось биоразнообразие растительности и животных[1]).

Проблема реконструкции и технического перевооружения действующих ГЭС за последнее десятилетие приобрела особую остроту. В настоящее время крайне важно сохранить имеющиеся ГЭС и не допустить массового выхода их из строя. Среди приоритетных природоохранных мероприятий на эксплуатируемых ГЭС выделяются общие технические решения по обеспечению экологической безопасности:

  • • восстановление утраченных элементов природной среды;
  • • защита абиотических и биотических компонентов природнотехнической системы;
  • • имитация естественных условий;
  • • мониторинг природно-технической системы;
  • • создание благоприятных условий проживания людей. Современный уровень инженерных разработок позволяет, разумно сочетая способы мониторинга, восстановления, имитации, защиты окружающей среды, создавать эффективные природно-технические системы с ГЭС, сохраняя биоразнообразие и обеспечивая благоприятные условия проживания людей. Важно учитывать экологические воздействия гидротурбинного оборудования, характеризующегося большим спектром негативных последствий: травмирование гидробионтов, загрязнение водной среды нефтепродуктами, шум, вибрация и др.

  • [1] Изменения не всегда означают уменьшение (например, возле автозаправочных станций биоразнообразие микробоценозов может возрастать).
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >