Влияние на русловой режим водотока

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.

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.

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.

На температуру воды в нижних бьефах ГЭС большое влияние оказывает проточность водохранилища. Чем больше проточность, тем интенсивнее турбулентный теплообмен в водохранилище, тем, при прочих равных условиях, теплее вода, сбрасываемая в летний период, и холоднее в зимний.

Влияние на гидрохимический режим водотока

Создание водохранилищ приводит к значительным изменениям условий формирования качества воды. Гидрохимический режим бьефов ГЭС является следствием естественных процессов образования и таяния льда, испарения и выпадения осадков, антропогенной нагрузки на водоем, а также следствием процессов самоочищения, складывающихся под влиянием притока в водохранилище, боковой приточности, режимов сброса расходов воды через ГЭС. При этом существенными факторами, под воздействием которых происходит формирование гидрохимического режима, являются:

·   природные фоновые характеристики качества воды;

·   морфометрические характеристики водохранилища, в том числе глубина сработки уровня воды и мертвый объем;

·   водообмен, степень проточности;

·   сброс хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод в водные объекты и на рельеф местности;

·   процессы образования и таяния льда;

·   процессы биологического самоочищения водоема;

·   температура воды;

·   смещение фаз гидрохимического режима и амплитуды максимумов концентрации примесей;

·   режим поступления загрязняющих веществ, в том числе химических веществ, с высокой сорбционной способностью, аккумулированных в ледяном покрове, включая нефтепродукты (особенно при их аварийном поступлении на ледяной покров);

·   химический состав пород и подземных вод ложа и бортов водохранилища.

Водообмен или степень проточности сказывается на времени запаздывания прохождения менее минерализованной паводочной воды по отношению ко времени наступления фаз гидрохимического и термического режимов. Под действием этого фактора движение с малыми скоростями в пределах водохранилищ ведет к накоплению излишних примесей в единице объема. Чем больше время водообмена в водохранилище, тем больше примесей оно накапливает, тем больше загрязнений сбрасывается с водой в нижний бьеф. Процессы образования и таяния льда являются тем механизмом, который разбавляет воду в период половодья за счет таяния льда до минимальных концентраций в конце паводка и увеличивает ее концентрацию в период ледостава за счет вытеснения примесей в подледный поток в процессе роста льда. Лед является одним из источников поступления чистой воды в водоемы и водотоки, причем объем весеннего снего- и льдотаяния определяет уровень минерализации водоема к весне будущего года. Чем больше сбрасывается в водоем талой воды, тем более глубокая очистка водоема производится

Влияние водохранилища на речной сток и окружающую природную среду.

Водохранилище замедляет водообмен в гидрографической сети речного бассейна реки Степной Зай. Сооружения водохранилища привело к уменьшению, как стока воды, в следствие дополнительных потерь на испарение с поверхности водоема, так и стоков наносов, биогенных и органических веществ в следствие их потопления в водоеме. Уменьшение водообмена привело к уменьшению скорости течения в речных системах, и к уменьшению способности рек к самоочищению. После сооружения водохранилища изменяется почвенно-растительный покров на затопленных и подтопленных землях. Кроме того, в результате сооружения водохранилища часто нарушаются условия прохода на нерест многих пород рыб, нередко ухудшается качество воды вследствие возникновения в некоторые периоды года и дефицита кислорода в придонных слоях, накопление солей и биогенных веществ.

 

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).

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.

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.

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.

Прогнозирование параметров неустановившегося режима в нижнем бьефе (диапазона колебания уровней, скорости течения, протяженности зоны влияния и т.п.) должно выполняться методами матемагического моделирования на основе численного интегрирования одномерных или двумерных уравнений Сен-Венана с учетом морфологических особенностей русла, наличия притоков и их водности, подпора со стороны водохранилища нижерасположенного гидроузла или водоема.

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.

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.

 

Экологические последствия

Водохранилища ряд экологических проблем. В момент заполнения чаши водохранилища водой многие ценные сельскохозяйственные угодья, лесные массивы и другие площади затопляются, что, в свою очередь, выводит их из дальнейшего пользования. Например, в Кыргызстане Токтогульское водохранилище затопило 23 тыс. га орошаемых и 4 тыс. га других сельскохозяйственных угодий. Андижанское водохранилище залило самые ценные пойменные земли, где возделывался знаменитый сорт риса - девзра. Территориальные воды Кыргызстана используются и для орошения земель Узбекистана. Воды Кировского водохранилища, расположенного на реке Талас, в большей части орошают поля соседнего Казахстана. Когда было единое государство СССР, такой порядок был обоснованным. Став суверенным государством, республика должна думать о целесообразном и выгодном использовании своих водохранилищ. 
 
Водохранилища меняют режим стока рек, уменьшают перемещение водных масс, замедляют процесс водообмена. На месте затопления остатки естественной растительности, почвы превращаются в органические питательные вещества, на основе чего создаются условия для бурного развития сине-зеленых водорослей, начинает изменяться гидрохимический состав вод. 
 
В мире многие водохранилища построены на равнинах, поэтому мелководья у побережий занимают огромные территории и сокращают используемые для земледелия площади. 
 
Когда поднимается уровень водохранилищ, соответственно на соседних территориях повышается и уровень грунтовых вод, что вызывает подтопление сельскохозяйственных полей, населенных пунктов и других хозяйственных объектов. Некоторые площади заболачиваются, и в целом ухудшается санитарное состояние регионов. 
 
Частые колебания уровня воды в водохранилищах вызывают размывы и обрушение берегов, что приводит к расширению площади, занимаемой этими водоемами. Таким образом, увеличиваются их первоначальные размеры. 
 
Некоторые крупные водохранилища могут оказать влияние на нижележащую земную кору, в связи с этим могут появиться колебания типа тектонических. Например, в Африке на реке Замбези было создано водохранилище площадью 6,5 тыс. км2 и объемом 170 млрд. м3. По мере его заполнения были обнаружены прогибы земной коры, на глубине произошли слабой и умеренной силы землетрясения. 
Водохранилища могут изменить местные климатические условия: понизить летнюю и держать умеренной зимнюю температуру. При заполнении больших водохранилищ климатические условия ближайших районов несколько меняются.

Влияние гидросферы на человека

Контакт человека с составляющими гидросферы происходит через верхние дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и кожу.

• Верхние дыхательные пути. Это наименее изученный путь. Механизм действия сводится к тому, что в насыщенном парами воды воздухе, имеющем место при формировании тумана или смога, происходит растворение в мельчайших капельках воды различных токсических примесей, газов. Эти компоненты воздействуют через огромную всасывающую поверхность альвеол легких прежде всего на них самих (обуславливая патологию со стороны этого органа), а через большой круг кровообращения попадают во внутреннюю среду организма. При этом минуется самый мощный фильтр человеческого организма, где происходит детоксикация ксенобиотиков, - печень.
• Желудочно-кишечный тракт. Значительная часть воды, поступающей в организм в свободном состоянии, всасывается в двенадцатиперстной кишке, тощей кишке и желудке. Отсюда следует, что при неблагоприятном состоянии источников водоснабжения происходит преимущественно поражение ЖКТ, что связано с развитием гастроэнтеритов.
• Кожные покровы. Человек во время купания контактирует с водой через кожу. Поэтому при экологическом неблагополучии водоемов возможен контакт с простейшими, бактериями, гельминтами, насекомыми, живущими и размножающимися в водной среде, т.е. происходит инфицирование человека.

Согласно имеющейся классификации ВОЗ можно выделить пять групп заболеваний, связанных с экологическим состоянием гидросферы:

• заболевания от зараженной воды (тиф, холера, дизентерия, полиомиелит, гепатит);
• заболевания кожи и слизистых (трахома, проказа);
• заболевания, вызываемые моллюсками (шистосомоз, ришта);
• заболевания, вызываемые живущими и размножающимися в воде насекомыми (малярия, желтая лихорадка);
• заболевания от загрязненной воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Вывод

Водохрани́лище — искусственный водоём, образованный, как правило, в долине реки водоподпорными сооружениями для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.

Водохранилища оказывают влияние на окружающую среду, – как на