CC BY
41
УДК 556.532+502.173
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ОБВОДНЕНИЯ ВОЛГО-АХТУБИНСКОЙ ПОЙМЫ
© 2013 г. В.А. Брылев, А.Ю. Овчарова
Бръглев Виктор Андреевич - доктор географических наук, профессор, заведующий кафедры физической географии и геоэкологии, Волгоградский государственный социально-педагогический университет, пр. Ленина, 27, г. Волгоград, 400066, e-mail: [email protected].
Овчарова Анжелика Юрьевна - аспирант, кафедра физической географии и геоэкологии, Волгоградский государственный социально-педагогический университет, пр. Ленина, 27, г. Волгоград, 400066, e-mail: [email protected].
Brylev Victor Andreevich - Doctor of Geographical Science, Professor, Head of the Department of Physical Geography and Geoecology, Volgograd State Social and Pedagogical University, Lenin Ave, 27, Volgograd, Russia, 400066, email: [email protected].
Ovcharova Angelica Yurievna - Post-Graduate Student, Department of Physical Geography and Geoecology, Volgograd State Social and Pedagogical University, Lenin Ave, 27, Volgograd, Russia, 400066, e-mail: missis.pavlova82 @yandex.ru.
Рассмотрена эколого-экономическая оптимизация обводнения поймы: три основных сценария развития половодья. Рассчитан график геоэколого-экономического оптимума ее обводнения при среднем уровне половодья, необходимый для восстановления нормального функционирования ПТК поймы. Составлена таблица уровней воды в Волгоградском водохранилище у плотины, в летне-осеннюю межень, учитывая зоны различных попусков воды в нижний бьеф Волжского гидроузла.
Ключевые слова: геоэколого-экономический оптимум, Волго-Ахтубинская пойма, Волжская ГЭС, нижний и верхний бьеф, Волгоградское водохранилище, оптимизация обводнения.
The article deals with the ecological and economic optimization of irrigation of floodplain: the three main scenarios of flood. The chart is calculated the economic optimum of its high water level at an average of watering needed to restore the normal operation of the PTC floodplains. Table in the Volgograd Reservoir water levels at the dam during the summer and autumn of summer, given the different zone water releases in the lower Volga Canal pound waterworks.
Keywords: geoecological and economic optimum, Volga-Akhtuba Floodplain, Volzhsk HES, upper and lower pool, Volgograd Reservoir, irrigation optimization.
В октябре 1958 г. в северной части Волгограда река Волга была перекрыта плотиной ГЭС, в результате чего образовалось Волгоградское водохранилище, которое вызвало изменение гидрологического режима [1, с. 110]. Современные исследования показали, что зарегулирование стока Волги и сокращение продолжительности и высоты половодья привели к снижению уровня грунтовых вод в северной части поймы. Это негативно повлияло на состояние пойменных лесов, лугов, водно-болотных угодий, почвенного покрова, энтомофауны [2, с. 79].
В результате возведения Волжской ГЭС формировалась мощная природно-техногенная геосистема второго порядка (Волжско-Камский каскад - природ-но-техногенная геосистема первого порядка), вклю-
чающая в себя системы более низкого уровня: Волгоградское водохранилище (природно-техногенная геосистема), Волжская ГЭС (техногенная система), Вол-го-Ахтубинская пойма (природная геосистема). Все составляющие находятся в тесном взаимодействии между собой и сильно зависят друг от друга. При взаимодействии техногенных и природных элементов формируются своеобразные, еще недостаточно изученные природно-технические геосистемы [3, с. 78], функционирующие по своим определенным законам.
При строительстве Волжской ГЭС, согласно проектной документации, планировался следующий режим сброса воды в течение года: 10 % от общего стока на зимний период, 60 - на весенний период и 30 % - на летне-осенний. Именно такое распределение будет
наиболее оптимальным для ландшафтов Волго-Ахтубинской поймы, ведь Волжско-Камский каскад водохранилищ позволяет отрегулировать до идеального состояния обводнение нижнего бьефа Волги в течение всего года. К сожалению, в последние десятилетия эти нормы не соблюдаются, что привело к деградации уникальных природно-территориальных комплексов долины Нижней Волги.
Приток к гидроузлу трансформируется в Волгоградском водохранилище. От степени трансформации или вида регулирования стока в водохранилище зависит режим расходов воды в нижнем бьефе гидроузла.
Для восстановления ландшафтов поймы и поддержания стабильного энергетического баланса Волгоградской области необходимо создание той «золотой середины», при которой будут удовлетворены потребности сразу нескольких водопотребителей: работников сельского хозяйства, рыбного хозяйства, энергетиков, судовладельцев и жителей поймы. Той «золотой серединой» стал геоэколого-экономический оптимум обводнения Волго-Ахтубинской поймы, который мы смоделировали.
Геоэколого-экономический оптимум для обводнения Волго-Ахтубинской поймы (Волжской ГЭС) - это графики попусков воды через Волгоградский гидроузел, при которых удовлетворяются потребности в ней природно-территориальных сообществ поймы, энергетиков, судовладельцев, промышленных и коммунальных служб. Необходимо отметить, что ландшафты поймы требуют серьезного восстановления и дальнейшего поддержания нормального функционирования, поэтому в данном понятии ПТК стоит на первом месте. Графики оптимума не могут иметь постоянную, неизменяющуюся, стационарную кривую. Поскольку и «сельскохозяйственная», и в особенности «рыбная» полки зависят от температуры воды, поступающей в пойму, от маловодности или многоводности. Для нереста рыбы наиболее оптимальной является температура воды не менее +10, +14 оС, а для этого ей необходимо нагреться, поэтому подъем воды в нижнем бьефе должен быть медленным, постепенным.
Для создания наиболее полноценного геоэколого-экономического оптимума обводнения Волго-Ахту-бинской поймы необходимо смоделировать ситуацию с трех различных позиций:
1. График минимального обводнения - при низком (минимальном) уровне половодья (малое количество осадков в осенне-зимний и весенний периоды). Годовой сток в данном случае составит не менее 210-220 км3, а объем стока во втором квартале - 70-80 км3 (подобная ситуация является критической и не должна повторяться ежегодно, иначе о восстановлении природ-но-территориальных комплексов поймы не может идти и речи).
2. График нормального обводнения - при среднем (нормальном) уровне половодья (среднее количество осадков в осенне-зимний и весенний периоды). Годовой сток составит 250 км3, объем стока во втором квартале - 106-110 км3.
3. График максимального обводнения - при высоком (максимальном) уровне половодья (обильные осадки в осенне-зимний и весенний периоды). Годо-
вой сток составит 280 км3 и более, объем стока во втором квартале - 130-140 км3.
Поскольку Волгоградский гидроузел является последней ступенью Волжско-Камского каскада, то рассматривать Волжскую ГЭС (графики половодий) необходимо не в отдельности, а учитывая условия на вышележащих по течению водохранилищах, в первую очередь Куйбышевского водохранилища, о чем также говорится в Основных правилах использования водных ресурсов Волгоградского водохранилища на р. Волге: «Регулирование попусков определяется, прежде всего, режимом использования водных ресурсов Куйбышевского и Волгоградского водохранилищ. Вододелитель в дельте Волги лишь перераспределяет воду между западной и восточной частями дельты р. Волги в целях создания благоприятных условий для нереста рыбы в восточной части дельты» [4, с. 11].
Объем и график специального весеннего попуска воды в низовья Волги в интересах рыбного и сельского хозяйства определяются в зависимости от ряда природных и экономических факторов, среди которых главными являются прогноз объема весеннего половодья, запасы воды в Волжско-Камских водохранилищах к началу весны, необходимость водообеспече-ния рыбного и сельского хозяйства, а также других отраслей как в весенний, так и в последующие периоды времени [5, с. 89].
Весенние рыбохозяйственные и сельскохозяйственные попуски в дельту Волги, согласно Основным правилам использования водных ресурсов Волгоградского водохранилища на р. Волге, рекомендуется осуществлять таким образом [4, с. 10]:
- уровень воды в Волгоградском водохранилище у плотины гидроузла поднимался по возможности непрерывно;
- к началу меженного периода Волгоградское водохранилище было наполнено до НПУ 15,0 м;
- гидрограф попусков должен быть по возможности компактным, иметь фазу подъема, высоких расходов воды, в том числе максимальных расходов воды 27000 м3/с с продолжительностью 7 дней, и спада;
- для обеспечения заданного гидрографа разрешается приостанавливать весеннее наполнение Волгоградского водохранилища и даже срабатывать часть уже накопленного в нем запаса воды;
- производить холостые сбросы воды при нена-полненном до НПУ водохранилище;
- форсировать на короткий срок уровень воды в Волгоградском водохранилище у плотины до отметки 15,2 м при неполном открытии водосбросного фронта гидроузла.
Учитывая современные социально-экономические и природные условия, о графике оптимума в период весеннего половодья можно сказать следующее: повышение и понижение уровня воды в период половодья должно быть постепенным - прогрев воды до оптимальных температур для нереста рыбы и вывода молоди, для промывного режима водоемов, пропитывание почвы. При этом понижение должно быть еще более медленным и растянутым во времени, чем подъем (как в природе). Начало повышения уровня воды (начало половодья) целесообразнее осуществлять в течение 21 дня, ежесуточное прибавление должно составлять
около 1000 м3/с. Необходимый максимальный расход воды в пик половодья - 27000 - 28000 м3/с и продолжительностью 9-10 дней. Именно в этот период температура воздуха достаточна для прогрева воды в реке до нужных показателей. Затем постепенное, медленное снижение воды на 1000 м3/с/сут в течение 8-10 дней до «рыбной» полки - 18000 - 19000 м3/с, которая продолжается 14 дней. Затем плавное снижение воды на 1000 м3/с/сут до 8000 м3/с. Промежуток времени от начала снижения максимального расхода воды до конца половодья должен составлять 32-34 дня. Таким образом, в общей сложности весь период половодья на-
считывает примерно 60-62 дня. Учитывая особенности климатической зоны, в которой находится Волго-Ахтубинская пойма в пределах Волгоградской области, целесообразнее всего начало половодья (подъем воды) приурочить к концу апреля, пик половодья - примерно к 10 мая, а окончание паводка - к концу июня. Необходимо отметить, что все эти цифры даются для средних значений сброса воды (106-110 км3 за второй квартал). На основании вышеизложенных данных мы построили геоэколого-экономический график обводнения Волго-Ахтубинской поймы в период весеннего половодья при его среднем (нормальном) уровне (рисунок).
Геоэколого-экономический график обводнения Волго-Ахтубинской поймы в период весеннего половодья (при среднем уровне половодья) (авторы: В.А. Брылев, А.Ю. Овчарова, 2013)
Что касается ситуации низкого уровня половодья, то в этом случае весь период половодья может быть сокращен, но не значительно (примерно 53 дня), максимальные расходы воды снижаются до минимальных отметок 25000-26000 м3/с продолжительностью не менее 7 дней. Повышать уровень воды следует не менее 18 дней, а понижать в общей сложности - 28 дней. Но еще раз хочется напомнить, что данная ситуация экстренная и приемлема только на одно-два половодье при малоснежной зиме. Если постоянно практиковать такой график попусков, это неизменно приведет к постепенной деградации ландшафтов, что мы и может наблюдать сегодня на территории Волго-Ахтубинской поймы. Отметим, что в период паводка при минимальном графике в нижний бьеф, согласно Основным правилам использования водных ресурсов Волгоградского водохранилища на р. Волге, должно быть сброшено не менее 70-80 км3 за 2-й квартал.
Все чаще в последние годы происходят зимние сбросы воды. Причиной этих сбросов является боязнь переполнения водохранилища, но эта так называемая «зимняя вода» не приносит пользы природе. Она даже негативно влияет на нее. Например, вызывает зимние ледоходы, ледовую эрозию берегов и деревьев, срезание растительности плавающими льдинами, а главное - потре-воженность нерестилищ и зимовальных мест рыбы [6, с. 8-9]. Поэтому попускам в зимний период стоит уделить внимание не меньше, чем в половодье.
При избытке осадков в зимний период картина разворачивается иная - наиболее благоприятная для
восстановления природно-территориальных комплексов Нижней Волги. При обилии осадков зимой и повышенном уровне воды в период половодья увеличивается весь период половодья: период подъема воды (24 дня), максимальные расходы воды (30000 м3/с и более) и продолжительность «сельскохозяйственной» (14 дней) и «рыбной» (16-18 дней) полок.
В летне-осеннюю межень, т.е. примерно с конца июня до половины ноября, режим работы Волгоградского водохранилища определяется в основном требованиями водного транспорта, энергетики, промышленности и коммунального хозяйства. Сработка Волгоградского водохранилища производится, как правило, только для обеспечения гарантийных судоходных попусков в нижний бьеф Волгоградского гидроузла и для проведения суточного и недельного регулирования Волжской ГЭС [4, с. 15].
При недостатке воды, т.е. в период минимальных значений, попуски воды в нижний бьеф могут осуществляться на уровне 3400 м3/с и менее (критическим значением является 2500 м3/с). Если воды в Волгоградском водохранилище достаточно, то желательно в летне-осеннюю межень уровень воды в нижнем бьефе не опускать ниже 4000 м3/с. При высоком уровне половодья сбросы воды могут превышать 5000 м3/с.
В период зимней межени уровень воды в Волгоградском водохранилище у плотины гидроузла рекомендуется поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях вблизи отметки НПУ 15,0 м, так как для обеспечения гарантированной зимней энергоот-
дачи Волжской ГЭС срабатывать Волгоградское водохранилище не требуется. Колебания уровней не должны превышать пределов, необходимых для суточного и недельного регулирования попусков в нижний бьеф Волгоградского гидроузла. При этом к концу зимнего периода уровни воды в Волгоградском водохранилище у плотины гидроузла, как правило, не должны быть ниже отметки 13,0 м [4, с. 19].
Максимальные среднемесячные попуски воды в нижний бьеф гидроузла, по данным Основных правил использования водных ресурсов Волгоградского водохранилища на р. Волге, составляют 7000 м3/с. В то время как в последние годы эта цифра превышена в среднем в 3 раза, что крайне неблагоприятно сказывается на сельском и рыбном хозяйстве Волго-Ахтубинской поймы.
К началу зимнего периода сброс воды через Волгоградский гидроузел должен быть поднят до 50007000 м3/с (в зависимости от количества выпавших осадков и запасов воды в Волгоградском водохранилище) и не превышать отметки в 9000 м3/с.
Таким образом, мы рассмотрели три основных сценария развития половодья (графики минимального, нормального и максимального обводнений) на территории Волго-Ахтубинской поймы, ввели понятие «геоэколого-экономический оптимум» для обводнения поймы и смоделировали ситуацию и построили график геоэколого-экономического оптимума ее обводнения при среднем уровне половодья. Все это является необходимыми условиями для восстановления
Поступила в редакцию_
и поддержания нормального функционирования при-родно-территориальных комплексов поймы, рационального использования биологических, водных и энергетических ресурсов Волги, когда в системе «экология - экономика» будет стоять знак равенства.
Литература
1. Брылев В.А., Самусь Н.А., Славгородская Е.Н. Родники и
реки Волгоградской области. Волгоград, 2007. 200 с.
2. Овчарова А.Ю. Причины деградации ландшафтов Вол-
го-Ахтубинской поймы // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2013. № 1. С. 77-80.
3. Пряхин С.И. Методика геоэкологического анализа при-
родно-технических геосистем юга Приволжской возвышенности (в пределах Волгоградской области) // Вестн. Воронеж. гос. ун.-та Серия: География. Геоэкология. 2007. № 2. С. 78-86.
4. Основные правила использования водных ресурсов Вол-
гоградского водохранилища на р. Волге. М., 1983. 36 с.
5. Брылев В.А., Стрельцова Е.Н., Арестов А.В. Изменение
геоморфологических процессов и ландшафтов в Волго-Ахтубинской пойме в связи с зарегулированием гидрологического режима Волги // Геоморфология. М., 2001. С. 87-93.
6. Брылев В.А., Овчарова А.Ю., Мелихова Е.В. Динамика
половодий в нижнем бьефе Волгоградской ГЭС и экологические последствия за 2006-2009 гг. // Вопросы краеведения: материалы краеведческих чтений. Вып. 13: материалы XXI и XXII краеведческих чтений. Волгоград, 2012. С. 7-10.
8 июля 2013 г.
