Влияние строительства ГЭС на гидроледотермический режим рек

Results of numerical simulation of hydrothermal and ice regimes of rivers after the construction of Hy- dropower Station are presented.

Одной из важнейших проблем является проблема «чистой воды». Вода занимает осо­бое положение среди природных богатств Зем­ли - она незаменима. К истощению водных ре­сурсов ведет не рост количества расходуемой воды, а ее загрязнение. Выделяют химическое, физическое, биологическое, тепловое, радио­активное типы загрязнений. Если поток загряз­нений превышает способности экосистемы водоема к самоочищению, они накапливаются в донных отложениях, и негативные процес­сы усугубляются так называемым вторичным загрязнением. Каждый водный объект имеет определенный предел самоочищения и поэто­му может выдержать только определенную нагрузку сточных вод, превышение которой разрушает его способность к самоочищению и ведет к катастрофическим последствиям.

Красноярский край пока обладает драго­ценным водным ресурсом - рекой Енисей. В ее бассейне к настоящему времени сложился развитый индустриальный комплекс. Опреде­ленное развитие получило производство сель­скохозяйственной продукции края. Регион обладает развитой промышленностью (г. Сая- ногорск, г. Абакан, г. Красноярск). В производ­ство электроэнергии основной вклад вносит гидроэнергетика (Саяно-Шушенская, Крас­ноярская ГЭС, строится Богучанская ГЭС на реке Ангара). После завершения строитель­ства Богучанской ГЭС откроются перспекти­вы для интенсивного освоения прилегающих районов.

В проблеме водных ресурсов можно вы­делить следующие задачи: прогнозирование формирования водных ресурсов, изменений их режима и качества вод под влиянием природ­ных и антропогенных факторов; прогнозиро­вание паводков, наводнений; борьба с загряз­нением водной среды, создание экологически чистых технологий; разработка правовых, нор­мативных и экономических принципов рацио­нального использования водных ресурсов.

Экологическое состояние водных объек­тов зависит от большого количества разноо­бразных факторов и процессов: гидрофизиче­ских, гидробиологических, гидрохимических, метеорологических и антропогенных. Гидро­физические процессы в значитель­ной мере формируют среду обитания гидробионтов, определяют перенос и седиментацию веществ, интенсив­ность процессов загрязнения и само­очищения водоемов.

Зарегулирование плотинами ги­дроузлов вносит существенные из­менения в природные условия при­легающих районов. Изменяются температурные и скоростные режи­мы реки как выше, так и ниже гидро­узла. Смена температурного режима оказывает влияние на развитие реч­ной и флоры и фауны, понижение темпера­туры в летний период приводит к снижению самоочищающей способности реки. В Инсти­туте вычислительного моделирования раз­рабатываются математические модели и ком­пьютерные программы для оценки влияний строительства крупных ГЭС и сбросов загряз- экологическую ситуацию бассейна р. Енисея. Выполнен цикл исследований, включающий следующие задачи: стратифицированные те­чения в водохранилищах; гидроледотермиче- ский режим рек; перенос примесей в речных потоках. Для решения перечисленных задач разработаны математические модели различ­ного уровня сложности

• математические модели для определе­ния картины течения и температурного режи­ма слабопроточного водохранилища, позво­ляющие оценить влияние условий водозабора на температуру воды, поступающей в нижний бьеф ГЭС;

• компьютерные программы для нахожде­ния гидравлических характеристик течений в открытых руслах, температурного и ледового режимов рек, учитывающие морфометриче- ские характеристики реки.

Верификация моделей проводилась с ис­пользованием имеющихся натурных данных для верхнего и нижнего бьефов ГЭС.

Температура воды, поступающей из во­дохранилища в нижний бьеф ГЭС, зависит от картины течений на приплотинном участке. В зависимости от температурной стратификации и от условий водозабора (положения водоза­борных отверстий и расходов воды) возможны две различные картины течений вблизи водо­заборов (рис. 1).

ледяного покрова в р. Енисей (для реальных метеоданных, различных расходов воды и раз­личных значений температуры воды, поступаю­щей из водохранилища в нижний бьеф ГЭС).

После возведения Красноярской ГЭС за­метно изменился гидроледотермический ре­жим р. Енисея как выше, так и ниже гидро-

узла. Температура воды ниже плотины по­низилась в летние месяцы на 10-12 градусов и возросла зимой на 1,5-3,0 градуса. Резкое изменение температурного режима р. Енисея в нижнем бьефе Красноярской ГЭС лишило жителей г. Красноярска привычного для них отдыха и купания на реке в летние периоды. С целью создания условий для купания (в черте города) Абаканская протока была пере­крыта дамбой и устроен выпуск теплой воды в протоку от ТЭЦ-2. Однако полный комплекс необходимых мероприятий проведен не был. В настоящее время нет разработанного и вы­полненного проекта комплекса сооружений, обеспечивающих отдых и купание жителей
 

                                   январь                                                                                                февраль

 o   положение кромки льда, натурные данные;

______   положение кромки льда, расчет Т_н~3.4 ^ 2 С

- - - -             положение нулевой изотермы, расчет;

___  ___положение кромки льда, расчет T_ii⁼0.9°C_! Q=2540м^/с

___ * ___положение кромки льда, расчет Т^О.9%', Q—18C0m^/c .

Q— переменный;

Рис. 2. Расчеты для нижнего бьефа Красноярской ГЭС. Зима 1984-1985 гг.

Библиографический список г Красноярска на р. Енисее. Для выработки научно-обоснованных рекомендаций по соору­жению проточного бассейна были выполнены вычислительные эксперименты, определены прогнозные температурные режимы протоки, зависящие от проточности и тепловых сбро­сов. Результаты могут быть полезными при разработке проектов обустройства проток в черте г. Красноярска для организации мест от­дыха и купания.

Ежегодные весенние наводнения, связан­ные с заторами на р. Енисее, приносят боль­шие убытки населению и хозяйству Краснояр­ского края.

Формирование заторов предопределяют подвижки льда, которые происходят вследствие изменений морфометрических характеристик русла реки, метеоусловий, режима работы ГЭС. Прогноз подвижек вследствие изменения внеш­них условий представляет большой практи­ческий интерес. Разработанная компьютерная модель гидроледотермики реки позволяет опре­делить возможные подвижки льда на Енисее и оценить время прохождения кромки льда около конкретных населенных пунктов.

Выполнен прогноз ледотермического ре­жима нижнего бьефа Богучанской ГЭС и темпе­ратурного режима водохранилища для летнего и зимнего периодов при НПУ 185,0 м и НПУ 208,0 м. В летний период в водохранилище бу­дет формироваться существенная температур­ная стратификация. Влияние плотины БоГЭС на ледотермический режим р. Ангары распро­страняется на 30-40 км при поверхностном во­дозаборе и на 60-70 км для проектных условий водозабора. В летний период для проектных условий водозабора температура воды, сбра­сываемой из водохранилища в нижний бьеф, на 3-5 ⁰С ниже бытовой для НПУ 185,0 м, на 4-6 ⁰С ниже бытовой для НПУ 208,0 м. Для по­верхностного расположения водозаборных от­верстий температура воды, поступающей в ниж­ний бьеф, близка к бытовой (14-17 ⁰С в створе плотины БоГЭС и 19-20 ⁰С в устье р. Ангары). Следует учитывать влияние изменений темпе­ратурного режима в верхнем и нижнем бьефах БоГЭС на водные экосистемы.

Белолипецкий В.М.^{1, 2}, Генова С.Н.^{1, 2}

¹ Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск, Россия, ² Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия, belolip@icm.krasn.ru

источник  http://damba.org/novosti/materialy-k-vi-mezhdunarodnoj-nauchno-prakticheskoj-konferencii-reki-sibiri-krasnoyarsk-2011-god.html