Изменение гидрологических свойств водотоков бассейна р. Енисея в результате гидростроительства

In article are considered influence regulated stream by cascades of dams of large HPS (HYDROELEC­TRIC POWER STATIONS) on change of hydrological properties of water currents and their influence on functioning of an ecosystem of the river, on an example of pool of the river Yenisei.

Изменение гидрологического режима хранилища Саяно-Шушенской, Майнской,

рек и, следовательно, свойств экотопа, вли- Красноярской, Иркутской, Братской, Усть-

яющего на функционирование экосистемы Илимской, Курейской, Хантайской и до-

бассейна р. Енисея, началось с возведением страиваемой Богучанской ГЭС. В качестве

каскада ГЭС (рис. 1) и заполнением водохра- перспективных прорабатываются проекты

нилищ во второй половине XX в. На Енисее Нижне-Курейской, Мотыгинской и Эвенкий-

и его притоках созданы искусственные водо- ской ГЭС [9].

Зарегулирование стока привело к изме­нению морфологических, гидрологических, гидрохимических и гидробиологических ха­рактеристик [1-8]. Увеличились минерали­зация, концентрация органических веществ и биогенных элементов, цветность воды, уменьшились проточность (водообмен), со­держание растворенного кислорода, возросло недонасыщение кислородом гиполимниона и пересыщение эпилимниона, что повысило уровень развития водных организмов [4; 6].

Не вызывает сомнений, что эти измене­ния повлияли на функционирование не толь­ко экосистем самих водохранилищ Ангаро- Енисейского каскада, но и их нижних бьефов. После впадения Ангары у Енисея меняются термический, скоростной, ледовый, уровне- вый режимы и прозрачность [2; 3]. В работе приводится анализ особенностей гидрофизи­ческого режима и влияния уже функциониру­ющих водохранилищ, а также (для наглядно­сти) смоделировано влияние на некоторые по­казатели строящихся и проектируемых ГЭС для следующих временных периодов: есте­ственного стока - ПЕС; управляемого стока - ПУС; перспективного запуска в эксплуатацию Богучанской и Эвенкийской ГЭС - ПУС+Эв.

Рассмотрим проявившиеся на Ангаре и Енисее гидрологические изменения. Основ­ные изменения коснулись следующих режимов: термического, уров- невого, расходного, про­зрачности и биогенных элементов.

Рис. 2. Суточная динамика температуры воды в ПЕС и ПУС по створу: а - Красноярск, б - Лесосибирск, в - Кас, г - Верхне-Имбатское, д - Елогуй, е - Дудинка

Термический режим. Как видно из рис. 2 и 3, от­мечено значительное вли­яние ГЭС на термический режим Енисея от г. Дивно- горска до р. Подкаменной Тунгуски, незначительное изменение температуры от Подкаменной Тунгуски до пос. Плахино, а севернее изменений не выявлено.

Такое изменение температур воды на верхнем и среднем участках Енисея вызвано тем, что верхний бьеф водохранилища при- плотинной зоны Красноярской ГЭС имеет небольшую ширину (менее 700 м), скалистые берега и значительную глубину (до 105 м). Мощные слои воды, зажатые между скалами, не прогреваются даже в самые жаркие меся­цы. Второй причиной является забор воды для сброса через турбины ГЭС из глубинных слоев (до 40 м), где ее температура колеблется от 3 до 10°С [4].

В летнее время ПЕС отмечался интенсив­ный прогрев воды и среднемесячные темпе­ратуры мало отличались на всем протяжении реки от Саян до дельты.
 

Рис. 3. Среднесезонное распределение температуры воды Енисея по периодам

В ПУС от Дивногорска до Дудинки раз­ница температур в летний период достигает 13-15°С, и наиболее холодная вода - в по- слеплотинном участке реки, обычно 7-8°С. По ходу течения Енисея вода прогревает­ся, несмотря на северное направление, и на участке «с. Ярцево - Подкаменная Тунгу­ска» имеет максимальные значения до 21°С. Затем постепенное снижение температур обусловлено климатическими условиями, но до г. Игарки температура воды держится на сравнительно высоком уровне - до 18°С. Лишь севернее она снижается под влиянием полярных широт.

В осенне-зимний период вода охлажда­ется значительно медленнее, чем в ПЕС, а за счет более теплых слоев воды, сбрасываемых из Красноярского водохранилища, в зимний период наблюдается отсутствие ледостава от плотины Красноярской ГЭС до с. Казачин- ское, а севернее продолжительность ледоста­ва значительно уменьшилась: в Енисейске - на 1,5 месяца, а в Игарке - на 2 декады [1; 2].

Уровневый режим. Основное питание Енисей получает от талых вод - 35-50 %, до­ждевых осадков - 37-42 % и подземных вод - 15-23 %.

Весенне-летнее половодье начинается на верхнем и среднем Енисее в конце апреля-мае и проходит двумя волнами. Уровневый режим

в связи с этим обусловлен неравномерным и неоднородным поступлением талых вод. Пик половодья на этих участках приходится на май - начало июня. Подъем в верхнем тече­нии колеблется от 5 до 11 м, а в среднем - от 10 до 13 м. В осенний период колебания уров­ней ниже, и за несколько дней до ледостава, в октябре, уровни воды на этих участках мини­мальные.

На нижнем Енисее весеннее полово­дье наступает на 15-30 дней позже, чем на верхнем и среднем, имеет одну волну с по­степенным спадом и длится 2,5-3,5 месяца. Подъемы воды колеблются от 15 до 23 м. Также большое влияние оказывают приливы и сгонно-нагонные явления, амплитуда кото­рых достигает 1 м [2; 3].

В результате возведения плотин водо­хранилищ Ангаро-Енисейского каскада прои­зошли существенные изменения в уровневом

• до Подкаменной Тунгуски произошли существенные изменения времени наступле­ния пиков паводков и их параметров;

• севернее Подкаменной Тунгуски уров­ни остались прежние, но продолжительность пиков изменилась; однако разности в продол­жительности периодов паводков сокращают­ся по мере приближения к дельте и севернее г. Игарки практически не выявляются.

Важной задачей для получения комплекс­ной оценки антропогенного воздействия на полибиом Енисея является сравнительный анализ среднегодовых расходов воды р. Ени­сея. В качестве базовых использованы два створа - Енисейск и Игарка. На створе г. Ени­сейска имеются наблюдения с 1903 г., г. Игар­ки - с 1935 г.

На основании статистической обработки данных, приведенных на рис. 5, вычислена разность средних величин расходов для ПЕС режиме р. Енисея. Результаты сравнения при­ведены на рис. 4.
 

Рис. 4. Динамика уровней в ПЕС и ПУС по створу: а – Красноярск, б – Енисейск, в – Ворогово, г – Верхне-Имбатское, д – Курейка, е – Дудинка

Из рис. 4 видно, что ПЕС отличается большой неравномерностью (60 % стока при­ходилось на период половодья), а в ПУС во­дность реки более равномерна в течение года. Это достигается за счет аккумулирования и снижения сброса воды из водохранилищ в пе­риод половодья (3-5 тыс. м³/с), а в меженный (остальной) период - сработкой запаса (до 530 м³/с) [1]. Регулирование сбросов воды из водохранилищ в периоды половодий позволя­ет управлять уровнями и предотвращать на­воднения.

На основе анализа данных по уровнево- му режиму р. Енисея (рис. 4) были получены следующие результаты:

- увеличение зимних уровней и относи­тельная их стабилизация;

и ПУС - она составляет 2,5 %о. Однако в работе [1] прогнозировались более высокие потери стока - 5-10 %. Для установления истинного положения дел в настоящем исследовани был проведен простой балансовый анализ, а имен­но - рассчитан суммарный объем испарения со всех водохранилищ Ангаро-Енисейского каскада, который составляет 9,25 км³/год, или 1,5 % от среднего стока Енисея (610 км³ [3]).
 

Рис. 5. Динамика расходов воды по створу г. Енисейск (а) и г. Игарка (б) в ПЕС и ПУС

Таким образом, проблема изменения сто­ка р. Енисея и его притоков, обусловленная гидростроительством, главным образом сво­дится к перераспределению стока по перио­дам года, а не только к его уменьшению [1].

Режим прозрачности. Рассматривае­мый показатель гидрофизического режима имеет большое значения для функциониро­вания блока продуцентов биоценоза полиби- ома р. Енисея. Действительно, коэффициент

вертикального ослабления солнечной радиа­ции a является функцией от прозрачности Pa = a/P^b, и в среднем для речного участка р. Енисея в работе [12] получено соотноше­ние a = 2,2/P⁰⁸⁵.

Рассмотрим особенности динамики про­зрачности на различных участках р. Енисея в различные периоды (рис. 6) [1; 6; 10; 11].

Рис. 6. Среднесезонное распределение прозрачности воды Енисея по периодам

Данное изменение прозрачности суще­ственным образом сказалось на функциони­ровании автотрофных компонентов водных экосистем (фитопланктона и фитобентоса), описанных в работах [5-8; 11-13].

Рассмотрим особенности изменения ре­жима поступления биогенов на основании анализа данных, содержащихся в [10], на примере фосфатов. В результате сооруже­ния каскада ГЭС резко изменился режим по­ступления фосфатов (рис. 7), образующихся вследствие интенсивного вымывания из грун­та лож водохранилищ. Начальные стадии су­ществования водохранилищ по своей гидрохимической сущно­сти эквивалентны тем, которые происходили на поверхности Земли в ранние геологические эпохи. Прогноз длительности существования повышенного фона соответствующих эле­ментов - несколько сотен лет.

Рис. 7. Динамика средних концентраций Р-РО4 мгР/м3 для 1960, 70 и 80-х гг. по створу: а – Базаиха, б – Лесосибирск, в – Игарка
 

Интенсивное поступление био- и микроэлементов в русло Енисея в сочетании с высокой

прозрачностью и низкой темпе­ратурой воды сделали нижний бьеф Красноярского водохра­нилища подобным оз. Байкалу, и данный участок верхнего течения Енисея на полном основании можно назвать «текущим Байкалом». Действительно, здесь сложилось уникальное, высокопродуктивное биологи­ческое сообщество, где фитодоминантом яв­

ляется микрофитобентос, а зообентоса - бай­кальские виды амфипод [8].

Таким образом, влияние плотин на або­ригенные экосистемы водотока и региона не имеет однозначного отношения как среди ученых-исследователей, так и населения. Ги­дростроительство оказывает отрицательное и положительное влияние на элементы экоси­стемы и окружающую среду, развитие отрас­лей народного хозяйства и т. п. В настоящее время невозможно оценить все плюсы и ми­нусы ввиду того, что некоторые воздействия проявляются не сразу, а через некоторый про­межуток времени. Поэтому процедуре прове­дения ОВОС проектов ГЭС следует уделять более детальное внимание.

Библиографический список

• 1. Антонов В.С. Возможные изменения гидрологического режима низовьев Енисея при зарегулиро­вании стока // Тр. ААНИИ. Л., 1972. Т. 297. С. 5-20.

  2. Бахтин Н.П. Оценка изменения гидрологического режима Енисея в результате антропогенного воздействия // Природа Арктики в условиях межзонального перераспределения водных ресурсов. Л., 1960. С. 45-47.

  3. Бахтин Н.П. Река Енисей. Л.: ГИМИЗ, 1961. 122 с.

  4. Бахтин Н.П. Прогноз гидрологических условий Красноярского водохранилища // Тр. КрО СибНИ- ИРХ. Красноярск, 1967. С. 387-409.

  5. Гайденок Н.Д., Чмаркова Г.М., Лабетиков С.В и др. Характеристика фитопланктона полибиома р. Енисея / Сиб. гос. технол. ун-т. М., 2005. 14 с. Деп. в ВИНИТИ 02.09.2005, № 1200-В2005.

  6. Гайденок Н.Д., Пережилин А.И., Чмаркова Г.М. Анализ особенностей функционирования экоси­стемы р. Енисей // Вестник КрасГАУ. 2010. № 10. С. 99-105.

  7. Гайденок Н.Д., Пережилин А.И., Чмаркова Г.М. Сравнительная характеристика микрофитобенто- са и водного мха акватории р. Енисей // Вестник КрасГАУ. 2010. № 11. С. 71-76.

  8. Гайденок Н.Д., Пережилин А.И., Чмаркова Г.М. Продукционная характеристика экосистемы ниж­него бьефа Красноярского водохранилища // Современное состояние водных биоресурсов: мат. 2-й междунар. конф. / под ред. Е.В. Пищенко, И.В. Морузи. Новосибирск, 2010. С. 25-28.

  9. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 г. Одобрена распоряжением Правительства РФ № 215-р от 22.02.2008 г.

  10. Ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши. Красноярский край // Тр. Красноярского тер. управл. ГМС России. Красноярск, 1927-1986.

  11. Пирожников П.Л. Зоопланктон реки Енисея и Енисейской губы и его роль в питании рыб // Труды Арктического института. Л., 1937. Т. 98. 141 с.

  12. Приймаченко А.Д., Шевелева Н.Г., Покатилова Т.Н. и др. Продукционно-гидробиологические ис­следования Енисея. Новосибирск, 1993. 197 с.

  13. Усачев П.И. Материалы к флоре водорослей реки Енисея // Тр. Сибирской научной рыбохозяй- ственной станции. Красноярск, 1928. Т. 3. № 2.

 Гайденок Н.Д., Чмаркова Г.М., Пережилин А.И.

Сибирский государственный технологический университет, Красноярск, Россия

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