CC BY
142
УДК 502.33(571.16)
О.Г. Невидимова ИМКЭС СО РАН, Томск Е.П. Янкович ТПУ, Томск
ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ И ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РИСКИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
В работе рассматривается подход к исследованию гидроэнергетического потенциала территории с позиции риск-анализа. Представлены региональные оценки напряженности гидрологической ситуации и их территориальная дифференциация.
O.G. Nevidimova
Institute of monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS (IMCES)
10/3 Academichesky Ave., Tomsk, 634055, Russian Federation E.P. Yankovich
The Institute of Geology and Oil & Gas Industries, Tomsk Polytechnic University 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation
HYDROPOWER POTENTIAL AND HYDROLOGICAL RISKS OF TOMSK REGION
In the article is shown the approach to a research of hydropower potential of territory from the position of risk-analysis. A hydrological tension valuations of the region under present-day conditions of climate fluctuation and their territorial distribution was made.
Исследование гидроэнергетического потенциала территории является одной из тех задач, решение которых для регионов имеет стратегическое значение, позволяющее обеспечить экономическую, социальную и экологическую безопасность. Под гидроэнергетическим потенциалом понимается совокупность водных ресурсов территории, которые используются или могут использоваться для жизнеобеспечения общества. Спрос на эти ресурсы постоянно увеличивается по мере роста количества населения и уровня технического развития. Несмотря на то, что период возобновления ресурса относительно небольшой, антропогенное воздействие может существенно изменить и качество, и количество этого природного ресурса. В свою очередь, поверхностные и подземные воды могут являться источником опасности и формировать ситуации с различной степенью риска. Изменения климата, трансформация термического и влажностного режима усиливают уязвимость общества, в том числе и при пользовании водными ресурсами. Поэтому анализ
гидроэнергетических возможностей территории должен заключаться не только в учете и оценке водных запасов, но и в характеристике рисков, обусловленных гидрологическими особенностями водных объектов в совокупности со спецификой климатического, социально-экологического, географического положения региона.
Цель данной работы заключается в исследовании гидроэнергетических ресурсов территории как объектов риск-анализа. Были проанализированы наиболее опасные для хозяйственной деятельности гидрологические явления, оценены напряженность гидрологической ситуации и гидрологические риски в современных условиях антропогенного воздействия на территорию Томской области.
Томская область обладает значительными ресурсами пресных подземных и поверхностных вод. Примерно 2% территории области занято поверхностными водами: 16 000 рек общей протяженностью 95 000 км., 62 739
Л
озер, более 1700 прудов и водохранилищ, 91 573 км занимают болотные
-5
массивы. Эксплуатационные запасы подземных вод составляют 0,37 км /год. Из
-5
приведенных объемов суммарного водного стока используется 0,5-0,7 км /год, то есть менее 1 % стока р. Оби, что свидетельствует о значительном избытке проточных водных ресурсов [1]. Кроме этого, воды рек и озер, подземные воды по видам использования обладают огромными запасами биологических, химических, минеральных и гидравлических ресурсов. Так, гидравлическая энергонасыщенность крупных и средних рек области составляет в среднем N=27,11•105 кВт. Все эти ресурсы используются еще слабо. Для территории Томской области характерны экстенсивные формы водопользования и локальные зоны повышенной водоемкости, обусловленные особенностями хозяйственного комплекса. По интенсивности использования водных ресурсов среди всех регионов России Томская область занимает одно из последних мест. Внутри же самой Томской области потребление воды крайне неравномерно. Основная часть (более 70 % общего потребления) воды осуществляется из р. Томи для нужд Сибирского химического комбината, а большая часть потребления питьевых подземных вод - на территории бассейна р. Томи. Водоотведение также производится преимущественно в р. Томь и ее притоки.
Главные же проблемы при пользовании водными ресурсами Томской области связаны с режимом функционирования гидросети. Значительные колебания водности и скорости течения в паводочный и меженный периоды, ледовые явления могут представлять угрозу для жизнедеятельности и хозяйствования. Тем более что для ряда районов области реки являются практически единственным видом транспорта, а в пределах долин Оби, Томи, Васюгана, Чулыма, Кети сконцентрирована большая часть населения области.
Поскольку в процессе анализа риска оценка степени опасности играет роль базы, то на начальном этапе исследования из комплекса природных факторов выделяются те, которые могут быть опасными; определяются их вид, структура и параметры. В результате исследования по данным за период с 1976 по 2006 годы установлено, что гидрологические явления в общей структуре природных опасностей в Томской области занимают одно из ведущих мест: 27.5 % от
общего количества опасных природных процессов (рис. 1). Среди гидрологических процессов выявлены такие, которые наиболее часто формируют неблагоприятный для жизнедеятельности фон на исследуемой территории. Так, основным источником питания рек Томской области является снег, поэтому интенсивность снеготаяния и стока талых вод определяет скорость подъема воды весной и риск затопления. Опасности затопления сначала подвергаются поймы рек, а затем, по мере протаивания почвенногрунтовой толщи водосборов различные локальные понижения. Уровень воды в реках при половодьях, паводках, заторных явлениях и продолжительность стояния высоких уровней являются одним из основных факторов, определяющих масштаб наводнения и величину ущерба. На территории области ежегодно происходит затопление пойменных участков, амплитуда подъема уровня воды колеблется от 3 до 11 метров, а средняя продолжительность высокого стояния вод 115 дней. Значительная неравномерность стока на небольших реках приводит к тому, что критические уровни ниже проектных отметок водозаборов и предельных навигационных уровней, при которых нарушаются условия судоходства, на некоторых реках могут наблюдаться почти ежегодно в течение 2 или даже 4 месяцев. Что и обеспечивает высокий уровень опасности данного гидрологического явления. В различные фазы ледового режима на реках области также возможны разнообразные рискоформирующие ситуации. Так, заторы льда на реках области повторяются регулярно. Наиболее часто заторы случаются на реках Томь и Чулым, повторяемость достигает 87%. При определении степени опасности ледовых явлений учитываются продолжительность ледоходов, продолжительность ледостава и раннее начало ледовых событий. Существенную угрозу может представлять количество и скорость перемещения взвешенных наносов, увеличение которых ведет к интенсивности эрозионноаккумулятивного процесса и деформаций русла реки, а, следовательно, к возрастанию таких видов опасностей, как снижение противоэрозионной устойчивости береговых склонов, интенсификация склоновых процессов и т.д. Степень потенциальной опасности явления определялась на статистической основе частоты превышения некоторой предельной величины, индивидуальной для каждого вида опасности. В качестве интегрального показателя, характеризующего природную уязвимость территории от указанных гидрологических явлений, использовался показатель напряженности [3].
Рис. 1. Структура опасных природных явлений для Томской области
Гидрологическая напряженность (в баллах) рассчитывалась по формуле
5
в которой учтены такие количественные характеристики:
7=1
количество дней в году с низким и высоким уровнем воды; продолжительность ледовых явлений; объем перемещаемых наносов, а также сток талых вод. Коэффициенты (шкала от 0.1 до 1), соотнесенные с каждым фактором, отражают роль этого фактора в возникновении опасных ситуаций. Особенности пространственного распределения природной гидрологической напряженности на территории Томской области показаны на рис. 2.
Рис. 2. Гидрологическая напряженность на территории Томской области
На следующем этапе исследования определялся показатель социально -экологической напряженности территории, подверженной гидрологическим
опасностям. В первую очередь острота ситуации зависит от особенностей расселения людей, проживающих вблизи потенциального источника опасности, социальной, инфраструктурной, производственно-технической реализации этих особенностей. Социально-экологическая напряженность в пределах определенного русла (территории) вычислялась по формуле Ш = С+М + М, где С - бальная оценка концентрации населения вдоль русел; М - бальная оценка частоты мостовых переходов; N - наличие пересечений русел с источниками повышенной экологической опасности - нефтегазопроводами.
Проведенные расчеты в пределах области свидетельствуют о широком диапазоне оценок (табл. 1). Анализ антропогенной нагрузки на территорию Томкой области показал, что социально-экологическая напряженность имеет большую географическую неоднородность.
Таблица 1. Социально-экологическая напряженность
Концентрация населения вдоль русел, чел/км Концентра ция населения вдоль русел, балл Частота мостовых переходов, баллы Частота пресечений рек с нефегазопр оводом баллы Социально экологичес кая напряженн ость балл
Александровский 0.98 0.2 0.3 1 1.5
Каргасокский 0.96 0.2 0.3 1 1.5
Парабельский 1.29 0.2 0.3 1 1.5
Колпашевский 9.69 0.6 0.5 0.5 1.6
В ерхнекетский 2.1 0.2 0.3 0 0.5
Чаинский 8.8 0.6 0.5 0 1.1
Бакчарский 3.23 0.4 0.3 0 0.7
Молчановский 20.4 1 0.5 0.5 2.0
Кривошеинский 11.64 0.6 0.5 0.5 1.6
Шегарский 19.42 1 0.7 0.5 2.2
Асиновский 24.67 1 0.5 0 1.5
Первомайский 5.17 0.4 0.5 0 0.9
Тегульдетский 6.6 0.4 0.5 0 0.9
Зырянский 14.5 0.8 0.7 0 1.5
Томский 21.92 1 1 0.7 2.7
Кожевниковский 22.41 1 0.7 0 1.7
На заключительном этапе исследования путем объединения полученных для каждого района области показателей гидрологической и социальноэкологической напряженности была определена степень гидрологического риска. Ситуация в области определяется такими характеристиками: более 66,5% территории (от общей площади области) подвержены высокому и повышенному уровню риска. На 9,89% площади риск определяется как средний. Территории, на которых риск можно оценить как пониженный и низкий занимают 23,61% площади. В целом по области наиболее сложная ситуация складывается именно в тех районах, которые непосредственно примыкают к Оби. Несмотря на привлекательность этих районов, хозяйственное освоение территорий приводит
к возрастанию риска в период высокой водности реки. Большая плотность населения на юге области (Томский, Кривошеинский, Молчановский районы), как и развитие трубопроводного транспорта в нефтегазоносных районах области (Александровский, Каргасокский, Парабельский районы) усугубленные высокой степенью гидрологической напряженности и активностью русловых процессов формируют и высокий уровень риска в этих районах. Более спокойны в этом отношении восточные районы области (Верхнекетский, Первомайский, Тегульдетский районы), где социальная инфраструктура и трубопроводный транспорт имеют самый низкий уровень в Томской области. Не очень высокая степень климатической и гидрологическая напряженности, как и невысокая густота речной сети в Бакчарском районе в совокупности с невысоким уровнем социально-экономического развития обуславливают низкий рискообразующий потенциал этого района.
Таким образом, по степени распространенности на территории Томской области гидрологический риск можно отнести к массовому риску.
В заключении отметим, что проведенные исследования позволили выявить ряд особенностей гидрологических условий Томской области и на фактическом материале проанализировать влияние гидрологических и социальноэкологических факторов на пространственное распределение и степень рисков. Учет этих факторов дал возможность построить интегральную картину гидрологического риска, выявить наиболее опасные участки и уточнить общие оценки экологического состояния и гидроэнергетического потенциала региона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Савичев О.Г. Водные ресурсы Томской области - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 248 с.
2. Невидимова О.Г. Анализ природно-климатических опасностей на территории Томской области для оценки рисков природопользования [Текст] / Невидимова О.Г., М.А. Мельник, Волкова Е.С. // Экология урбанизированных территорий. - 2009. - № 2. - С. 71-77.
© О.Г. Невидимова, Е.П. Янкович, 2011
