|
Стр. 1
Утверждены
РАО "ЕЭС России"
24 января 2003 года
Дата введения -
1 января 2004 года
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
РД 153-34.2-02.409-2003
Разработано ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" и ОАО
"Ленгидропроект".
Исполнители: А.Б. Векслер, В.М. Доненберг, А.А. Каган, Н.Ф.
Кривоногова, Д.В. Стефанишин, Г.А. Трегуб, Р.С. Фрид, И.Н.
Шаталина (ВНИИГ); А.Я. Мирзаев, О.Г. Авраменко, Л.Е. Андреева,
Т.П. Букаринова, В.М. Иванов (Ленгидропроект).
Согласовано с ОАО "Институт Гидропроект" 02.12.2002.
Главный инженер В.Д. Новоженин.
Утверждено Департаментом научно-технической политики и
развития РАО "ЕЭС России" 24.01.2003.
Заместитель начальника А.В. Бобылев.
Срок первой проверки настоящего РД - 2007 г.
Периодичность проверки - один раз в 5 лет.
Вводится впервые.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Назначение и область применения
1.1. Настоящие Методические указания разработаны для оценки
последствий гидротехнического строительства на окружающую среду.
Оценка влияния на окружающую среду (ОВОС) производится комплексно
на основании действующих законов, кодексов, других нормативных
актов и утвержденных методик. Также может учитываться
отечественный и зарубежный опыт строительства и эксплуатации
гидротехнических сооружений (ГТС) путем подбора объектов-аналогов
при условии наличия по ним опубликованных данных или
изыскательских, научно-исследовательских и прочих видов работ,
выполненных организациями и специалистами соответствующего профиля
и квалификации.
1.2. Оценка влияния на окружающую среду производится с
различной степенью детализации и достоверности (допустимой
погрешности) в зависимости от этапа проектных работ и эксплуатации
гидроузла, степени влияния оцениваемых параметров на окружающую
среду (ОС) (табл. 1).
Таблица 1
ВИДЫ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ГТС НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ, ПРОИЗВОДИМЫЕ
НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
----------------T----T-----------T----T-----T------T------T------¬
¦ Состояние ГТС ¦Под-¦Экологичес-¦Мо- ¦Мате-¦Специ-¦Эколо-¦Экс- ¦
¦ ¦бор ¦кое сопро- ¦ни- ¦мати-¦ализи-¦гичес-¦пер- ¦
¦ ¦объ-¦вождение ¦то- ¦чес- ¦рован-¦кий ¦тиза ¦
¦ ¦ек- +----T------+ринг¦кое ¦ные ¦аудит ¦(МПР, ¦
¦ ¦та- ¦ОВОС¦меро- ¦ ¦моде-¦иссле-¦ ¦КПР, ¦
¦ ¦ана-¦ ¦прия- ¦ ¦лиро-¦дова- ¦ ¦общес-¦
¦ ¦лога¦ ¦тия по¦ ¦вание¦ния ¦ ¦твен- ¦
¦ ¦ ¦ ¦охране¦ ¦ ¦ ¦ ¦ная) ¦
¦ ¦ ¦ ¦окру- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦жающей¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦среды ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
+---------------+----+----+------+----+-----+------+------+------+
¦Предпроектные ¦+ ¦+ ¦ ¦+ ¦ ¦+ ¦+ ¦+ ¦
¦разработки ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Проект ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Строительство ¦ ¦ ¦+ ¦+ ¦ ¦+ ¦+ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Реконструкция ¦ ¦+ ¦+ ¦+ ¦ ¦+ ¦+ ¦+ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Временная экс- ¦ ¦ ¦+ ¦+ ¦ ¦+ ¦+ ¦ ¦
¦плуатация (до ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦достижения про-¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ектных парамет-¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ров или приня- ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦тия объекта ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Госкомиссией) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Эксплуатация ¦ ¦ ¦+ ¦+ ¦ ¦+ ¦+ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Эксплуатация в ¦ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦
¦аварийном режи-¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ме, поставарий-¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ная ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Ликвидация ¦ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦+ ¦
L---------------+----+----+------+----+-----+------+------+-------
1.3. При строительстве и эксплуатации ГТС влияние на
окружающую среду для затрагиваемого региона может оказывать
гидроузел в составе нового природно-технического комплекса (ПТК),
ПТК в целом, а также отдельные элементы гидроузла и ПТК:
подпорные сооружения;
водопропускные сооружения;
водохранилище;
нижний бьеф;
водохозяйственный комплекс, возникший на базе гидроузла и
водохранилища;
производственная и социально-экономическая инфраструктура,
развитая на базе гидроузла и водохранилища.
Влияние ГТС на окружающую среду может касаться различных
компонентов природно-технического комплекса: не только элементов
природной среды, но и отраслей хозяйства и
социально-демографической сферы [1, 37]. На представленной схеме
показаны различные аспекты влияния ГТС на компоненты ПТК. В
последующих разделах Методических указаний дается описание
большинства из указанных на схеме проявлений воздействия ГТС на
окружающую среду. При этом очевидные положительные эффекты
гидротехнического и, в частности, гидроэнергетического
строительства (такие, как введение новых энергетических мощностей,
развитие на их основе промышленности и комфортных условий
жизнедеятельности, многие другие выгоды, включая несомненные
преимущества гидроэнергетики перед другими способами выработки
электроэнергии) в настоящем документе не рассматриваются. Основное
содержание его посвящено рассмотрению возможных негативных
воздействий, проявляющихся в процессе нормальной эксплуатации ГТС
и на которые должно быть обращено особое внимание, а их
прогнозирование и разработка мер по их снижению и/или
нейтрализации должны в соответствии с требованиями СНиП 11-01-95
войти в проект ГТС в качестве одного из важнейших его разделов.
При составлении этого раздела проекта следует руководствоваться
рекомендациями, содержащимися в Пособии [2] и в настоящем
нормативном документе.
-----------------¬
-------------------------------------+ Влияние ГТС на ¦
¦ ¦окружающую среду¦
¦ L--------T--------
¦ \/
¦ ---------------------------¬
¦ ¦Влияние на природную среду¦
¦ L--T--------T----T-T--------
¦ ------------------- ¦ ¦ L-----------------------------------¬
¦ ¦ ¦ L------------¬ ¦
¦ \/ \/ \/ \/
¦ -----------¬ ----------¬ ----------¬ ---------¬
¦ ¦ Режим ¦ ¦Элементы ¦ ¦Элементы ¦ ¦Элементы¦
¦ -----+ водотока ¦-----¬ ¦атмосферы+¬ ¦литосферы+-¬ ----+биосферы+---¬
¦ ¦ L-T----T---- ¦ L-T--------¦ L-T-------- ¦ ¦ L---T----- ¦
¦ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/
¦--------¬-------¬-------¬------------¬ -------¬--------¬ -----------¬-------¬ -------¬--------¬--------¬
¦¦Гидрав-¦¦Русло-¦¦Ледо- ¦¦Санитарное ¦ ¦ ¦¦Состав ¦ ¦Гидрогео- ¦¦Геоди-¦ ¦Гидро-¦¦Живот- ¦¦Почвы и¦
¦¦личес- ¦¦вой ¦¦терми-¦¦состояние и¦ ¦Климат¦¦атмос- ¦ ¦логия и ¦¦нами- ¦ ¦биоло-¦¦ный мир¦¦расти- ¦
¦¦кий ¦¦режим ¦¦чески馦гидрохими- ¦ ¦ ¦¦ферного¦ ¦гидрохимия¦¦ческие¦ ¦гичес-¦¦(ихтио,¦¦тель- ¦
¦¦режим ¦¦ ¦¦режим ¦¦ческий ¦ ¦ ¦¦воздуха¦ ¦прилегаю- ¦¦про- ¦ ¦кий ¦¦терио, ¦¦ность ¦
¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦режим ¦ ¦ ¦¦ ¦ ¦щих ¦¦цессы ¦ ¦режим ¦¦орнито-¦¦ ¦
¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦ ¦территори馦 ¦ ¦ ¦¦фауна) ¦¦ ¦
¦L--------L-------L-------L------------ L-------L-------- L-----------L------- L-------L--------L--------
¦ -------------------------------¬
L---------------------------------->¦Влияние на антропогенную среду¦
L------------T------T-----------
------------------------ L--------------------------------¬
\/ \/
--------------¬ ------------¬
-----------------+Хозяйственная+-------------------------------¬ ¦Социальная +--------------------------¬
¦ -------+деятельность +------------------------¬ ¦ --------+ среда +-------------------¬ ¦
¦ ¦ L-T-----T-T-T-+----------------¬ ¦ ¦ ¦ LT------T-T-+------------¬ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ L-----------¬ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ L-------¬ ¦ ¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ L-----¬ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
\/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/ \/
------¬--------¬-------¬-------¬-------¬-------¬------¬------¬-------¬ --------¬-------¬--------¬------¬------¬-------¬------¬
¦Энер-¦¦Водо- ¦¦ДобычদСель- ¦¦Лесно妦Рыбно妦Судо-¦¦Водо-¦¦Тран- ¦ ¦Водные ¦¦Инфра-¦¦Демо- ¦¦Пере-¦¦РыноꦦКом- ¦¦Нало-¦
¦гети-¦¦и энер-¦¦полез-¦¦ское ¦¦хозяй-¦¦хозяй-¦¦ход- ¦¦снаб-¦¦спорт ¦ ¦и зе- ¦¦струк-¦¦графия ¦¦селе-¦¦трудদфорт- ¦¦гооб-¦
¦ка ¦¦гоемки妦ных ¦¦хозяй-¦¦ство ¦¦ство ¦¦ство ¦¦жени妦и ком-¦ ¦мельны妦тура ¦¦и здра-¦¦ние ¦¦ ¦¦ность ¦¦лага-¦
¦ ¦¦произ- ¦¦иско- ¦¦ство ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦и ка-¦¦муни- ¦ ¦ресурсы¦¦регио-¦¦воохра-¦¦насе-¦¦ ¦¦и бла-¦¦емая ¦
¦ ¦¦водствদпаемых¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦нали-¦¦кации ¦ ¦ ¦¦на ¦¦нение ¦¦ления¦¦ ¦¦гоуст-¦¦база ¦
¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦зация¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦роен- ¦¦ ¦
¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ность ¦¦ ¦
¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦усло- ¦¦ ¦
¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦вий ¦¦ ¦
L------L--------L-------L-------L-------L-------L------L------L------- L--------L-------L--------L------L------L-------L------
Основные направления воздействия ГТС на окружающую среду
Основное внимание в Методических указаниях уделено влиянию на
окружающую среду гидроузлов, возведенных на реках. Решение многих
из рассмотренных вопросов могут быть применены при оценке
воздействия на окружающую среду таких специальных видов
гидроэнергетических сооружений, какими являются
гидроаккумулирующие и приливные электростанции (ГАЭС и ПЭС).
Однако ввиду отсутствия достаточного для обобщения опыта
эксплуатации подобных сооружений их влияние на окружающую среду в
Методических указаниях не рассматривается. Также не
рассматривается воздействие ГТС на окружающую среду при авариях на
них.
1.4. В связи со строительством (реконструкцией) и
эксплуатацией ГТС может быть оказано прямое и косвенное влияние на
окружающую природную среду с прямыми и косвенными эффектами для
нее. Эффекты могут быть положительными и отрицательными,
планируемыми и сверхпланируемыми или же побочными, как правило, не
учитываемыми при принятии решений.
Большое значение для принятия в случае необходимости срочных
мер по недопущению нежелательных эффектов или их смягчению имеет
(в соответствии с требованиями Федерального закона N 7-ФЗ)
организация мониторинга взаимодействия ГТС с окружающей средой.
Состав мониторинговых исследований определяется на основании
анализа конкретных аспектов влияния ГТС на окружающую природную
среду.
1.5. Планируемые эффекты определяются, как правило, на этапе
принятия решений при проектировании, ремонтах, реконструкции,
консервации либо ликвидации ГТС, побочные эффекты выявляются при
эксплуатации (строительстве или проведении
ремонтно-восстановительных и пр. работ) в ходе проведения
мониторинга, экологического аудита или лицензирования объекта. При
принятии решений по ГТС должны рассматриваться различные по
методам строительства, компоновке сооружений и глубине
регулирования стока варианты, включая так называемый нулевой
вариант - отказ от возведения ГТС.
Эффекты от воздействия ГТС на окружающую среду должны
учитываться при оценке экономической эффективности варианта.
1.6. При выявлении превышения суммарного (интегрального)
отрицательного эффекта от создаваемого ПТК с ГТС над положительным
(либо при выявлении существенных дисбалансов положительных и
отрицательных эффектов по отдельным компонентам окружающей среды)
необходим пересмотр параметров сооружений, режима использования
водных ресурсов, организации методов ведения строительных работ и
развития ПТК.
Нормативные ссылки
1.7. В Методических указаниях приведены ссылки на следующие
нормативные документы:
Федеральный закон от 14.03.1995 N 33-ФЗ "Об особо охраняемых
природных территориях".
Федеральный закон от 16.11.1995 N 167-ФЗ "Водный кодекс РФ" (с
изменениями от 30.12.2001).
Федеральный закон от 22.11.1995 N 173-ФЗ "Об экологической
экспертизе".
Федеральный закон от 30.03.1999 N 52-ФЗ "О
санитарно-эпидемиологическом благополучии населения".
Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ "Об охране окружающей
среды".
Положение об оценке воздействия намечаемой хозяйственной и
иной деятельности на окружающую среду в РФ. Утверждено Комитетом
по ООС РФ 16.05.2000 N 372.
ГОСТ 19185-73. Гидротехника. Основные понятия. Термины и
определения. М.: Госстандарт СМ СССР. 1973.
СНиП 2.06.15-85. Инженерная защита территории от затопления и
подтопления. М.: Госстрой СССР. 1986.
СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные
положения проектирования. М.: Стройиздат. 1989.
СНиП 11-01-95. Инструкция о порядке разработки, согласования,
утверждения и составе проектной документации на строительство
предприятий, зданий и сооружений. М: Минстрой России. 1995.
Методические рекомендации по прогнозированию переформирований
берегов водохранилищ: П 30-75/ВНИИГ. Л. 1975.
Рекомендации по прогнозированию подтопления берегов
водохранилищ и использованию подтопленных земель: П 71-78/ВНИИГ.
Л. 1978.
Рекомендации по термическому расчету водохранилищ: П
78-79/ВНИИГ. Л. 1979.
Рекомендации по расчету трансформации русла в нижних бьефах
гидроузлов: П 95-81/ВНИИГ. Л. 1981.
Рекомендации по расчету длины полыньи в нижних бьефах ГЭС: П
28-86/ВНИИГ. Л. 1986.
Рекомендации по прогнозированию изменений местного климата и
его влияния на отрасли народного хозяйства в прибрежной зоне
водохранилищ: П 850-87/Гидропроект. М. 1987.
Терминология
1.8. Термины, используемые в настоящих Методических указаниях,
даны в трактовке ГОСТ 19185-73, а также нормативных документов,
указанных в п. 1.7.
2. ВЛИЯНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА РЕЖИМ ВОДОТОКА
2.1. Гидравлический режим водотока
2.1.1. Создание крупных гидроузлов на реках вносит большие
изменения в их естественный гидрологический режим. В результате
регулирующего действия водохранилища сток реки в нижнем бьефе
становится более равномерным в течение года. Регулирующее влияние
водохранилищ сказывается на значительных по протяжению участках
реки ниже плотин и распространяется до ее устья. Условно можно
считать, что протяженность нижних бьефов определяется по границе
восстановления естественного гидрологического режима (главным
образом, под влиянием крупных притоков).
2.1.2. Регулирующее влияние водохранилища приводит к
существенному перераспределению стока по сравнению с бытовым
состоянием: уменьшаются расходы паводка и увеличиваются расходы
межени. Это перераспределение тем существенней, чем больше
регулирующая (полезная) емкость водохранилища. Суточное и
недельное регулирование мощности ГЭС вносит в гидравлический режим
рек своеобразие, характерное только для нижних бьефов, -
прохождение волн попусков, влияние которых может охватывать
участки значительной протяженности. Неустановившийся режим
течения, возникающий при прохождении волн попусков, сказывается
как на гидравлических условиях, так и на русловых
переформированиях в нижних бьефах.
2.1.3. Естественный водный режим реки в нижнем бьефе может
быть нарушен также при комплексном использовании водохранилища и
отъеме из него более или менее значительных объемов воды для целей
ирригации или переброски стока в бассейны других рек. В случае
переброски стока из бассейнов других рек в рассматриваемой реке
происходит общее увеличение жидкого стока.
2.1.4. Влияние неустановившегося движения, возникающего в
нижних бьефах энергетических гидроузлов в результате суточного и
недельного регулирования стока, распространяется на равнинных
реках на расстояние до нескольких сотен километров от плотины.
Причем длина, на которую распространяется влияние режима работы
ГЭС, зависит от "полноты" осуществляемого ею регулирования
мощности.
Под полным недельным регулированием понимается режим, при
котором ГЭС может полностью останавливаться в нерабочие дни; под
полным суточным регулированием понимается режим, при котором в
течение суток в часы ночного и дневного провалов графика
потребительской нагрузки ГЭС может полностью останавливаться, а в
часы утреннего и вечернего максимума работать с полной
располагаемой мощностью.
Протяженность зоны влияния недельного регулирования может в 3
- 5 раз превосходить длину зоны влияния суточного регулирования.
Колебания уровней и распространение волн суточного регулирования
прослеживается на расстоянии нескольких десятков километров.
Скорость распространения волн попуска суточного регулирования в
нижнем бьефе может достигать 3 - 4 м/с, скорость перемещения
гребня волны в 2 - 4 раза превышать скорость течения. Амплитуды
колебания уровней могут достигать нескольких метров, однако обычно
они регламентируются с учетом требований водного транспорта и
других водопользователей.
2.1.5. Прогнозирование параметров неустановившегося режима в
нижнем бьефе (диапазона колебания уровней, скорости течения,
протяженности зоны влияния и т.п.) должно выполняться методами
математического моделирования на основе численного интегрирования
одномерных или двумерных уравнений Сен-Венана [3] с учетом
морфологических особенностей русла, наличия притоков и их
водности, подпора со стороны водохранилища нижерасположенного
гидроузла или водоема.
2.1.6. Степень недельного и суточного регулирования мощности
ГЭС определяется их местом в энергосистеме и в каскаде, а также
требованиями неэнергетических водопользователей к уровням воды в
нижних бьефах гидроузлов. На ГЭС, нижние бьефы которых находятся в
неподпертом состоянии, в маловодных условиях возможно полное
прекращение суточного и недельного регулирования мощности, т.е.
переход ГЭС из пиковой зоны графика нагрузки в базовую. При
наличии подпора в нижнем бьефе, существенно снижающего размах
колебаний уровня воды, ГЭС могут осуществлять более глубокое
недельное и суточное регулирование мощности. Оно либо не
ограничивается совсем, либо ограничивается незначительно
требованиями обеспечения обязательного базового попуска. Во многих
случаях при осуществлении суточного регулирования необходимо
учитывать, что резкие подъемы уровня нижнего бьефа при
одновременном включении нескольких агрегатов ГЭС и значительный
размах суточных колебаний неблагоприятны и опасны не только для
инфраструктуры нижнего бьефа, но и для населения (в частности, в
рекреационный период).
Зимой при осуществлении суточного и недельного регулирования
мощности снимается ограничение по обеспечению нормируемой глубины
по условиям судоходства, благоприятных условий для рыбного
хозяйства и т.п., но во многих случаях должны учитываться условия
неподтопляемости территорий, находящихся в нижних бьефах
гидроузлов, а также санитарно-гигиенические условия
водопользования при наличии в нижнем бьефе сбросов сточных вод.
2.1.7. Существенное значение при оценке приемлемости
гидравлического режима, обусловленного суточным регулированием
мощности ГЭС, имеет направление и скорость течения воды в местах
выпусков сточных вод. При этом абсолютно недопустимы ситуации,
когда сточные воды, перемещаясь вверх по течению, могут попадать в
водозаборы питьевой воды.
2.2. Русловой режим водотока
2.2.1. Задержка водохранилищем твердого стока и
перераспределение во времени стока воды приводит к изменению
руслового процесса в верхнем и нижнем бьефах гидроузла.
Преобладающие в естественных условиях обратимые деформации русла,
обусловленные транзитным транспортом наносов, поступающих с
площади водосбора, после возведения гидроузла сменяются
необратимыми деформациями. Создание водохранилища приводит к тому,
что большая часть наносов (а в крупных водохранилищах на равнинных
реках практически все наносы) осаждается в нем, и в нижний бьеф
вода поступает осветленной. В результате происходит постепенное
занесение чаши водохранилища донными наносами и его заиление
взвешенными наносами. В этих условиях в нижнем бьефе поток,
транспортирующая способность которого оказывается недостаточной,
начинает насыщаться за счет размыва примыкающего к гидроузлу
участка нижнего бьефа. Этот участок превращается в зону питания
наносами расположенной ниже части реки. В русле начинают
развиваться необратимые деформации, в которых преобладает общий
размыв.
Как правило, это происходит уже в строительный период при
стеснении русла перемычками. В дальнейшем, при временной, а затем
и при постоянной эксплуатации гидроузла, зона переформирования
русла распространяется вниз по течению. На этот процесс
накладывается влияние изменения водного режима. Происходит
трансформация русла нижнего бьефа - изменение геометрических и
гидравлических характеристик русла реки, проходящее на
значительном ее протяжении и обусловленное нарушением ранее
существовавших режимов твердого и жидкого стока [4]. Трансформация
русла влечет за собой изменение связей расходов и уровней воды,
характеризовавших отдельные сечения водотока.
2.2.2. Преобладание общего размыва в процессе трансформации
русел нижних бьефов является определяющим для равнинных рек,
несущих сравнительно небольшое количество наносов. В условиях
гидротехнического строительства в горных районах на реках с
большим объемом твердого стока при малых объемах водохранилища
происходит сравнительно быстрое его заиление и наносы вновь
начинают поступать в нижний бьеф. Процесс общего размыва в этом
случае прекращается, в ранее размытом русле начинают откладываться
сбрасываемые через гидроузел наносы и происходит так называемый
завал нижнего бьефа. Срок заиления равнинных водохранилищ,
преобладающих на территории России, исчисляется сотнями лет, что и
определяет основную роль общего размыва в процессе трансформации
русел нижних бьефов гидроузлов, возведенных на равнинных реках.
2.2.3. Наряду с трансформацией русла нижнего бьефа,
строительство гидроузлов вызывает его местные деформации,
обусловленные повышенной турбулизацией, местным сосредоточением и
изменением направления потока под воздействием гидротехнических
сооружений и регуляционных работ.
2.2.4. В строительный и пусконаладочный периоды работы
гидроузла в русле реки, стесненном перемычками, а затем
сооружениями, происходят интенсивные местные деформации, причиной
которых являются чаще всего неблагоприятные гидравлические условия
пропуска строительных расходов через не полностью построенные
водопропускные сооружения, а также незавершенность работ по
креплению нижнего бьефа. Объем размыва в русле реки (включая
размыв перемычек) может значительно превосходить объем твердого
стока, соответствующий транспортирующим возможностям потока в
естественном русле. Ниже сооружений поток откладывает большую
часть наносов в виде переката, отметки гребня которого постепенно
нарастают. По мере затухания процесса местного размыва за
сооружениями рост переката замедляется, а его гребень смещается
вниз по течению. В ряде случаев этот перекат создает временный
подпор на сооружения гидроузла со стороны нижнего бьефа. Со
временем подпор уменьшается, что обычно связано с постепенным
смывом переката, передвижением вниз по течению зоны отложений и с
общим понижением уровней нижнего бьефа.
2.2.5. После завершения или временной стабилизации процесса
местного размыва за водопропускными сооружениями начинается
постепенный размыв русла нижнего бьефа и перемещение зоны
наибольших отложений наносов вниз по течению. На ближайшем к
сооружениям участке нижнего бьефа преобладающим видом деформации
русла становится размыв. Зона размыва, продвигаясь вслед за зоной
отложений, постепенно охватывает все большую длину бьефа, оставляя
выше по течению участок более устойчивого, стабилизировавшегося
русла, при взаимодействии которого с потоком уже не происходит
значительных деформаций дна реки и существенного насыщения потока
наносами. Повышение устойчивости русла в этой зоне обусловлено
увеличением глубин за счет размыва, снижением скоростей потока и,
как следствие, уменьшением подвижности донного материала по
сравнению с бытовыми условиями в неразмытом русле.
Характер распространения зоны размыва зависит от уклона реки,
геологического строения ее ложа и т.д. [5]. При малых уклонах
реки, не очень больших скоростях течения, больших скоплениях
аллювия (в том числе в виде островов, побочней и тому подобных
русловых образований) общий размыв в длину развивается
сравнительно медленно. Поэтому даже при больших глубинах размыва
русла понижение уровней воды из-за малой протяженности зоны
размывов и малого уклона реки получается очень небольшим.
При ограничении размывов выходами коренных пород или
образованием естественной отмостки, чему особенно благоприятствует
сложное геологическое строение русла, размыв может быстро
развиваться в длину, особенно при больших уклонах водотока.
Снижение уровней воды в этих случаях может быть весьма
значительным при сравнительно быстрой стабилизации процесса [5,
6].
При возведении гидроузлов на участках рек, где в бытовых
условиях происходило постепенное повышение русла за счет осаждения
большого количества транспортируемых наносов при выходе реки с
горного или предгорного участка на равнину, при зарегулировании
реки происходит изменение общей направленности руслового процесса
и начинается "врезка" русла за счет размыва его осветленным
потоком.
2.2.6. Вследствие того, что в пределах зоны общего размыва
нижнего бьефа расход наносов остается меньше транспортирующей
способности потока, происходит размыв зоны отложений. В результате
этого поток оказывается полностью насыщен наносами и вновь
откладывает их ниже по течению. Таким образом, происходит
перемещение вниз по течению зоны отложений.
Это общее для абсолютного большинства исследованных гидроузлов
явление наиболее отчетливо проявляется в смещении лимитирующих
судоходство перекатов.
В верхнем бьефе, в зоне выклинивания подпора происходит
отложение наносов, постепенно смещающееся вверх по течению
(регрессивная аккумуляция наносов), иногда с образованием дельты.
При этом может происходить повышение уровней воды и
распространение подпора вверх.
2.2.7. При резком колебании уровней нижнего бьефа,
обусловленном суточным регулированием мощности ГЭС, процесс
продвижения вниз по течению зоны интенсивного переформирования и
зоны стабилизации русла может несколько замедляться за счет
увеличения притока наносов в русло при обрушении и оползании
берегов (боковая эрозия) после прохождения попусковых волн. Приток
наносов в русло, происходящий за счет боковой эрозии, увеличивает
заносимость перекатов и уменьшает их устойчивость. Однако,
поскольку зона интенсивной боковой эрозии русла, как и весь
процесс его переформирования, смещается вниз по течению, общая
направленность этого процесса, выражающаяся в постепенной
стабилизации примыкающего к гидроузлу участка нижнего бьефа,
сохраняется.
2.2.8. Причиной обрушения берегов в нижнем бьефе является, как
правило, интенсивная суффозия грунта береговых откосов
фильтрационным потоком, направленным в русло в периоды резкого
спада уровней воды в реке при практически мгновенном отключении
агрегатов ГЭС.
Увеличение боковой эрозии непосредственно ниже сооружений
может происходить в результате изменения направления потока и
перераспределения расходов воды на отдельных участках русла реки в
нижнем бьефе.
Эрозия берегов бывает также связана с волнами от проходящих
судов или другого происхождения, например с волнами,
обусловленными работой водосливов.
2.2.9. В процессе переформирования русла нижнего бьефа,
перестраивающегося в соответствии с новым гидрологическим режимом
потока, во многих случаях отмечается уменьшение извилистости русла
и выравнивание разницы между объемами русла на плесовых и
перекатных участках. Наряду с размывом перекатов и занесением
плесовых участков при взаимодействии зарегулированного потока и
русла, этому выравниванию способствуют землечерпательные работы на
перекатах, при проведении которых плесовые участки используются
для отвалов грунта. В результате речное русло приобретает форму,
приближающуюся к форме канала.
В реках с побочневым типом руслового процесса зарегулирование
стока может привести, наоборот, к увеличению извилистости русла в
связи с тем, что срезка паводков и уменьшение затопления отмелей
обусловливает закрепление и зарастание песков и, как следствие,
преобразование побочней в пойму.
2.2.10. Процесс трансформации русла нижнего бьефа, имеющий
общую тенденцию к затуханию русловых переформирований и к
стабилизации русла на участке большой протяженности, заметно
интенсифицируется при прохождении высоких паводков. При этом в
руслах со сравнительно однородным по крупности грунтом происходят
дополнительные размывы и увеличение транспорта наносов, а в
руслах, сложенных разнозернистыми грунтами, нарушается слой
естественной отмостки, и они становятся не защищенными от размыва
меньшими расходами.
Пропуск паводков редкой повторяемости через сооружения
гидроузла в период завершения его строительства или в начальный
период эксплуатации может вызвать очень быстрое продвижение зоны
интенсивной трансформации русла вниз по течению. В этом случае
подпор, создаваемый перекатом, образованным в результате отложения
продуктов размыва, не распространяется до створа гидроузла.
2.2.11. В зимний период эксплуатации гидроузлов волны
суточного регулирования могут явиться причиной подвижек льда и
заторных явлений, когда ледяные поля, приведенные в движение
волнами попусков, нагромождаясь друг на друга, могут перекрыть
отдельные рукава многорукавных русел. Последующие за этим прорывы
потока в другие протоки могут привести к существенному их размыву
и, как следствие, к увеличению живого сечения и пропускной
способности по сравнению с бытовым состоянием. При этом возможно
перераспределение потока между рукавами и уход основной части
расхода реки во второстепенные рукава. Такие явления особенно
важно учитывать в тех случаях, когда они могут нарушить работу
водозаборных сооружений и судоходство.
2.2.12. При возведении гидроузлов в створах, характеризующихся
наличием проток или рукавов, в период производства работ по
возведению бетонных сооружений одна из проток часто бывает
перекрыта и весь сток сосредотачивается во второй протоке. Такое
перераспределение стока в течение периода, длительность которого
может исчисляться несколькими годами, приводит к размыву отложений
в работающей протоке с выносом их в основное русло; в перекрытой
протоке за это время может произойти интенсивное развитие
подводной растительности и кустарника, обусловливающее увеличение
шероховатости русла.
2.2.13. Задержка водохранилищем пика паводка и его снижение
могут приводить к увеличению отложений на перекатах
зарегулированных рек в местах слияния их с незарегулированными
притоками. Происходящее при этом увеличение уклонов свободной
поверхности в устьевой части притока приводит к увеличению
скоростей притока, размыву его русла и выносу большого количества
наносов, которые, осаждаясь в русле основной реки, способствуют
росту отметок перекатов, расположенных в месте слияния.
2.2.14. Следствием трансформации русла ниже гидроузла является
изменение уровенного режима реки в его нижнем бьефе. Это изменение
в створе гидроузла и других створах нижнего бьефа характеризуется
смещением кривых связи расходов и уровней относительно положения
этой кривой к моменту пуска гидроузла. При этом в ряде случаев,
как отмечалось в п. 2.2.4, переформирования русла нижнего бьефа в
строительный период могут вызвать уже к моменту пуска гидроузла
смещение кривой расходов по отношению к ее среднемноголетнему (как
правило, устойчивому) положению в бытовых условиях. Эти изменения,
наиболее ярко проявляющиеся в нижних бьефах, не подпираемых ниже
расположенным водохранилищем, могут быть проиллюстрированы сводной
таблицей, приведенной в Приложении 1, а также помещенными в этом
же Приложении рисунками (не приводятся), на которых показаны
кривые связи расходов и уровней в нижних бьефах ряда гидроузлов.
2.2.15. Прогноз трансформации русла в нижнем бьефе
производится в соответствии с Рекомендациями П 95-81/ВНИИГ и
методом, изложенным в работе [7], прогноз переработки берегов
водохранилищ - в соответствии с Рекомендациями П 30-75/ВНИИГ, а
прогноз заиления - по Указаниям [8].
2.3. Ледотермический режим водотока
2.3.1. Эксплуатация гидроузла оказывает существенное влияние
на преобразование ледотермического режима водотока как в верхнем,
так и в нижнем бьефах [33].
2.3.2. В верхнем бьефе гидроузла, как правило, происходит
увеличение глубины и ширины потока, что ведет к снижению скоростей
течения и интенсивности турбулентного перемешивания на этом
участке реки.
Температурный режим верхнего бьефа зависит от времени полного
водообмена, объема и глубины в его приплотинной части,
морфометрических параметров рельефа, температуры и расхода воды и
льда, поступающих в верхнюю часть водохранилища. Существенное
влияние на температурный режим верхнего бьефа оказывает компоновка
гидроузла, конструкция водозаборных и водосбросных сооружений.
Работа гидроузла изолированно или в каскаде также влияет на
температуру воды и ледотермический режим водотока.
2.3.3. Водохранилища различаются по глубине и проточности; эти
различия не являются неизменными характеристиками конкретного
водохранилища, так как могут меняться в течение года и даже суток,
быть различными на разных участках водохранилища. Классификация по
глубине позволяет выделить три типа водохранилища:
Мелкое водохранилище характеризуется тем, что разность
температур по глубине остается все время незначительной,
изменчивость температуры у дна почти такая же, как у поверхности,
а теплообмен с дном соизмерим с теплообменом с атмосферой. Это
позволяет при выполнении тепловых расчетов мелких водохранилищ
оперировать средней по глубине температурой воды, но обусловливает
необходимость учета теплообмена с дном. Первое положение упрощает
постановку и решение гидротермических задач, второе - усложняет
их.
Глубокое водохранилище отличается от мелкого наличием перепада
температур по глубине; изменчивость температуры у дна невелика,
теплообмен с дном составляет незначительную часть теплообмена с
атмосферой. В этих условиях при выполнении приближенных расчетов
допускается пренебрегать теплообменом с дном, полагая процесс
адиабатическим.
Очень глубокое водохранилище характеризуется постоянством
температуры у дна и отсутствием теплообмена с ним. В тепловых
расчетах можно принимать водохранилище бесконечно глубоким, что
позволяет пользоваться решениями тепловых задач для
полуограниченных тел.
По степени проточности водохранилища разделяются на
слабопроточные и проточные водохранилища. В слабопроточных
водохранилищах скорости течения относительно велики и температура
воды на каждом участке зависит от температуры на вышерасположенном
участке водохранилища.
2.3.4. В годовом термическом цикле водохранилищ выделяются 5
периодов:
I период (весеннее нагревание до 4 -С) наступает вслед за
вскрытием водохранилища ото льда. Вскоре после вскрытия
водохранилища устойчивая стратификация, имевшая место в зимний
период, нарушается и возникает свободно-конвективное
перемешивание. Толщина слоя воды, охваченного конвекцией,
постепенно увеличивается, причем в этом слое практически имеет
место гомотермия. Конец I периода совпадает с моментом нагрева
воды до температуры 4 -С (температуры наибольшей плотности), при
которой свободная конвекция прекращается.
Во II периоде происходит интенсивное прогревание воды от 4 -С
и выше. Перенос тепла внутри водной толщи осуществляется за счет
турбулентного перемешивания. Так как его интенсивность меньше
интенсивности весенней свободной конвекции, то II период
характеризуется наличием значительных вертикальных градиентов
температуры.
В течение III периода (осеннего охлаждения до 4 -С) так же,
как и в I периоде, наблюдается интенсивное свободно-конвективное
перемешивание, а турбулентное перемешивание по сравнению с ним
играет подчиненную роль. Отличие состоит в том, что
продолжительность этого периода значительно больше первого.
В IV периоде происходит предледоставное охлаждение ниже 4 -С и
вновь возникает устойчивая стратификация, основную роль играет
турбулентное перемешивание. В мелких водохранилищах охлаждение
может распространяться до дна. В глубоких водохранилищах
охлаждению подвержены лишь поверхностные слои, а в глубинных
наблюдаются значительные вертикальные градиенты температуры.
Наличие или отсутствие ветрового перемешивания имеет важное
значение, так как этим определяется возможность переохлаждения
воды, образование шуги, сроки ледостава, температура воды зимой.
Начало V периода (зимнего режима под ледяным покровом)
совпадает с моментом установления ледостава на водохранилище.
Температурный режим этого периода отличается большей стабильностью
по сравнению с режимом других периодов. Так как температура воды
ниже 4 -С и с глубиной повышается, то свободная конвекция не
наблюдается, а наличие ледяного покрова не только изолирует в
термическом отношении водную толщу от атмосферы, но и исключает
возникновение ветрового перемешивания воды.
В самом начале V периода вертикальные градиенты температуры
невелики. Затем они возрастают. В относительно неглубоких
водохранилищах в течение первой половины зимы наблюдается
медленный плавный рост придонных температур, вызванный
теплообменом с грунтом дна. В более глубоких водохранилищах
температура глубинных и придонных слоев воды практически почти не
изменяется. В конце зимы, после таяния снежного покрова на льду,
происходит повышение температуры поверхностных слоев, вызванное
непосредственным поглощением солнечной радиации и стоком талых
вод. Сразу же после вскрытия водохранилища начинается весенняя
конвекция (I период годового термического цикла).
Указанные общие черты термического режима могут видоизменяться
под влиянием различных факторов, причем наибольшее значение имеют
скоростной режим и глубина водохранилища.
2.3.5. Особенности ледового режима водохранилищ связаны с
особенностями их термического режима. Ледовые условия изменяются
не только во времени, но и по площади акватории водохранилища. Эти
изменения могут быть весьма существенными и зависят, главным
образом, от глубин: в результате у берегов, где глубины меньше,
ледяной покров возникает раньше, оказывается более толстым и
исчезает обычно позже, чем в открытой части. Большое влияние на
образование ледяного покрова оказывает ветер, причем его
воздействие может быть не только термическим, но и механическим.
Термическое воздействие сказывается на увеличении теплообмена с
воздухом и выравнивании температуры воды по глубине, что
существенно поздней осенью в предледоставный период, когда
плотностная стратификация является устойчивой и, следовательно,
свободная конвекция отсутствует. Механическое воздействие
выражается в изменении условий образования ледяного покрова -
переохлаждении воды, нагоне ледового материала к наветренному
берегу и т.д.
Образование ледяного покрова может происходить при отсутствии
и при наличии слоя ветрового перемешивания. Образованию льда в
обоих случаях предшествует переохлаждение воды, причем температура
воды у поверхности при охлаждении всегда ниже, чем на глубине,
поэтому переохлаждение и, следовательно, зарождение кристаллов
шуги начинается у поверхности.
Если ветрового перемешивания нет, то происходит спокойное
замерзание поверхности водохранилища: свободная поверхность воды
быстро покрывается очень тонким слоем льда (генетически это шуга),
после чего начинается нарастание снизу обычного поверхностного
льда.
При ветровом перемешивании из-за значительной турбулизации
водной толщи частицы шуги уносятся вглубь, теплообмен воды с
атмосферой сохраняется, переохлаждение воды продолжается,
захватывая все более толстый слой. Происходит объемное образование
шуги, которое затухает по мере увеличения размеров шуговых
образований, их всплытия, уменьшения открытой части поверхности
воды и одновременно происходящего угасания волнения, а
следовательно, и турбулентности; всплывшая шуга образует шуговый
ковер, который, замерзая, и составляет ледяной покров. Срок начала
образования ледяного покрова, возникающего таким путем, наступает
несколько позже, чем при спокойном замерзании. Однако скорость
роста ледяного покрова оказывается выше за счет шугового ковра.
2.3.6. В хвостовой части водохранилищ, как правило,
формируются заторы вследствие резкого замедления скорости движения
ледяных полей, поступающих с верхних участков реки, торошения и
подныривания льдин под остановившуюся ледовую массу в период
осеннего и весеннего ледоходов. При снижении уровней воды в
водохранилище может происходить осаждение массы затора на дно, а
при подъеме уровней - ее всплывание и перемещение по
водохранилищу. Подпор от затора может распространяться вверх по
реке и вызывать подтопление окружающей местности. Такие заторы на
равнинных реках могут приводить к подъемам уровней воды и навалам
льда на берега высотою до 3 - 4 м.
2.3.7. К числу факторов, под воздействием которых формируется
ледотермический режим нижних бьефов ГЭС, относятся:
температура воды, поступающей из верхнего бьефа в нижний;
режим расходов, проходящих через ГЭС;
скорости течения и уровни воды в нижнем бьефе;
морфометрические характеристики русла в нижнем бьефе;
работа гидроузла изолированно или в каскаде;
климат региона: температура и влажность воздуха, облачность,
скорость и направление ветра, количество выпавших осадков;
химический состав воды в потоке (минерализация);
температурные и криогенные характеристики грунтов ложа;
наличие притоков и сбросов коммунальных и промышленных
предприятий.
Степень влияния каждого из факторов на ледотермический режим
нижнего бьефа различна, некоторые из них взаимосвязаны между
собой. Например, режим скоростей и уровней связан с режимом
расходов и морфометрическими параметрами русла; климат региона
зависит от температурного режима как верхнего, так и нижнего
бьефов, возможно даже изменение климата вследствие создания
гидроузла (см. п. 3.1).
Грунты ложа определяют не только шероховатость русла (и,
следовательно, гидравлический режим потока), но и оказывают
влияние на теплоприток от дна и температуру воды, а также на
процесс образования донного льда.
2.3.8. Количественные закономерности ледовых процессов для рек
и водохранилищ, как правило, получают на основании анализа и
обобщения материалов многолетних натурных наблюдений и
расчетно-теоретических проработок. В основе обработки исходной
информации лежит, главным образом, статистический анализ
многолетних рядов наблюдений. Выявленные закономерности ледовых и
термических процессов для конкретных водотоков и нижних бьефов
гидроузлов можно использовать в качестве аналогов для
малоизученных водотоков и водоемов с учетом их особенностей.
2.3.9. Существенное влияние на процессы льдообразования в
нижнем бьефе оказывает химический состав воды. Так в нижних бьефах
гидроузлов, расположенных на устьевых участках рек, впадающих в
море, вследствие смешения пресных речных и соленых морских вод
часто наблюдается интенсивное шугообразование, вызывающее
формирование зажоров, подъем уровней и подтопление примыкающих
территорий.
|
