CC BY
16МЕТОДЫ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ЖИГУЛЁВСКОЙ ГЭС НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Лесечко О.В.
Магистр кафедры экологического мониторинга и прогнозирования
Экологический факультет Российский университет дружбы народов (РУДН)
METHODS OF INTEGRATED ASSESSMENT OF INFLUENCE ZHIGULYOVSKAYA HPS FOR THE STABILITY OF WATER
ECOSYSTEMS
Lesechko O. V.
Master's student of the Department of environmental monitoring and forecasting
Environmental Faculty Peoples' Friendship University of Russia (PFUR)
АННОТАЦИЯ
Данная статья посвящена оценке устойчивости водохранилищ, прилежащих к Жигулёвской ГЭС (Куйбышевское и Саратовское водохранилища), основанной на интегральной количественной оценке свойств водных систем с учетом влияния гидроэлектростанций, приводящих к функциональному изменению естественных режимов.
ABSTRACT
This article is devoted to the assessment of the stability of the reservoirs adjacent to the Zhigulyovskaya hydroelectric power station (Kuibyshevskoe and Saratovskoe reservoirs), based on an integral quantitative assessment of the properties of water systems, taking into account the influence of hydroelectric power stations that lead to a functional change in natural regimes.
Ключевые слова: ГЭС, методы, водные экосистемы, устойчивость, интегральная оценка, экология, антропогенные факторы влияния, уязвимость водохранилищ, Жигулёвская ГЭС, Куйбышевское водохранилище, Саратовское водохранилище.
Keywords: Hydroelectric power station (HPS), methods, water ecosystems, sustainability, integrated assessment, ecology, anthropogenic factors of influence, vulnerability of reservoirs, Zhigulevskaya HPS, Kuibyshevskoe Reservoir, Saratovskoe Reservoir.
Введение
Гидроэлектростанции являются предприятиями, которые вырабатывают электроэнергию с помощью энергии движущейся воды. Они относятся к возобновляемым или альтернативным источникам энергии. Для работы ГЭС не изымаются ресурсы (в том числе водные) из окружающей среды, а так же отсутствует влияние на атмосферный воздух, так как во время работы ГЭС полностью отсутствуют выбросы [4]. Это их основное отличие от ТЭС. Однако гидроэлектростанции, несомненно, оказывают негативное воздействие на водные экосистемы, а для определения силы данного воздействия, а также устойчивости водных объектов к этому воздействую, можно использовать методы интегральной оценки.
Объекты исследования
Для данного исследования оценка производилась по двум водохранилищам: Куйбышевскому и Саратовскому. Данные водохранилища образовались при строительстве Жигулёвской ГЭС.
Куйбышевское водохранилище равнинное, озерно-речного типа, что делает его проточным. Является верхним бьефом Жигулёвской ГЭС. Оно находится в пределах пяти субъектов Российской
Федерации: Республики Чувашия, Республики Марий Эл, Республики Татарстан, Ульяновская область, Самарская область. [6] Общая площадь поверхности водного зеркала составляет 6,45 тыс. км2. Наименьшая ширина составляет около 0,6 км, наибольшая - 40 км. Наибольшая глубина водохранилища наблюдается у плотины Жигулёвской ГЭС и достигает 41 м. Характер регулирования водохранилища - сезонный. Общий объем Куйбышевского водохранилища составляет 58 км3 . Годовая амплитуда колебаний уровня воды в водохранилище - 6 м, средняя температура воды в летний период -20,8°С, [1] при этом продолжительность ледостава составляет примерно 4,8 месяцев [6]. На Куйбышевском водохранилище можно наблюдать сезонную стратификацию, а так же присутствует вертикальное перемешивание воды, которое происходит 2 раза в год. Водообмен происходит 5 раз за год. Водохранилище относится к эвтотрофно-мезотроф-ному. Качество воды в водохранилище плохое, оно считается загрязненным. [1], [6]
Саратовское водохранилище относится к водохранилищам руслового типа, является нижним бьефом Жигулёвской ГЭС. Площадь поверхности водного зеркала составляет 1 800 000 км2, [7] объем водохранилища - 12,9 км3 [2]. Характерной
особенностью водохранилища является различный режим мутности воды в разные сезоны года: наибольшая мутность воды наблюдается в период половодья, в осенне-зимний период мутность наименьшая [7]. Период ледостава составляет примерно 5 месяцев в году. Максимальная глубина Саратовского водохранилища доходит до 28 м. Годовая амплитуда колебаний уровня воды находится около 8 м, средняя температура воды в летний период не превышает 19°С. [1] Данное водохранилище относится к проточным, характер регулирования стока - краткосрочное. Несмотря на то, что водообмен происходит 19 раз за год, вертикальное перемешивание бывает лишь раз в год. [7] Водохранилище относится к мезотрофным, по оценке вода в нем плохо качества и считается очень загрязненной. Сезонная стратификация присутствует. [1], [7] Методика исследования Для того чтобы более точно произвести оценку влияния ГЭС на устойчивость водохранилищ, необходимо учитывать воздействие как в нижнем бьефе,
так и в верхнем бьефе [4]. В данной работе проводилась оценка параметров Куйбышевского и Саратовского водохранилищ с использованием метода балльно-индексной оценки уязвимости и устойчивости водохранилищ к изменению параметров естественного режима, антропогенному эвтрофирова-нию и изменению качества воды по методике «Методы интегральной оценки устойчивости наземных и водных геосистем» Дмитриева В. В. [5]. Данная методика включает несколько этапов оценки состояния водной экосистемы по физическим, гидрологическим и морфологическим признакам.
На первом этапе классифицировали водохранилище по физико-географическим и морфометри-ческим признакам, для этого по табл. 1 находили значения индексов и суммировали их. Если сумма индексов попадает в интервал от 3 до 4, то данное водохранилище относится к первому разряду, если от 5 до 7 - к 6 разряду, от 8 до 11 - к 11 разряду, от 11 до 12 - к 15 разряду. [5]
Таблица 1
Классификация водохранилищ по физико-географическим и морфометрическим признакам
Признак Значение индекса
1 2 3 4
Площадь поверхности, км2 >1000 1000-101 100-10 <10
Объем, км3 >10 10-1,1 1,1-0,5 <0,5
Максимальная глубина, м >50 50-11 11-5,0 <5,0
Куйбышевское водохранилище имеет площадь поверхности 6,45 тыс. км2, объем - 58 км3 и максимальную глубину - 41 м. Для него баллы распределились соответственно: 1 б, 1 б и 2 б. Общая сумма баллов составляет 4 балла.
Саратовское водохранилище имеет площадь поверхности 1,8 тыс. км2, объем - 12,9 км3 и максимальную глубину - 28 м. Для него баллы распределились соответственно: 1 б, 1 б и 2 б. Общая сумма баллов составляет 4 балла.
В соответствии с полученными данными и Куйбышевское водохранилище, и Саратовское можно отнести к первому разряду.
На втором этапе необходимо провести классификацию водохранилища по гидрологическому, то есть уровневому и температурному режиму, а также условиям водообмена. Температуру воды принимают равной среднесуточной величине осредненной за весь летний период (по году) для данного типа климата.
Для этого находили значения индексов и относили полученную сумму индексов к указанному разряду по табл. 2 и табл. 3. Согласно табл. 2, сумма индексов от 2 до 4 позволяет отнести водохранилище к 1 разряду, от 5 до 7 - ко 2 разряду, от 8 до 11 - к 3 разряду. [5]
Таблица 2
Классификация водохранилищ по гидрологическому режиму
Признак Значение индекса
1 2 3 4 5
Годовая амплитуда колебаний уровня воды, м <3 - 3-7 - >7
Средняя температура воды в летний период, °С* >20 - 20-15 - <15
Продолжительность ледостава, мес. >5 - 5-2 - <2
Годовая амплитуда колебания уровня воды в Куйбышевском водохранилище составляет 6 м, средняя температура воды в летний период -20,8°С, Продолжительность ледостава - 4,8 мес. Соответственно, это дает ему следующие баллы: 3 б, 1б и 3 б. Общая сумма баллов - 7 б.
Годовая амплитуда колебания уровня воды в Саратовском водохранилище составляет 8 м, средняя температура воды в летний период - 19°С, Продолжительность ледостава - 5 мес. Соответственно,
это дает ему следующие баллы: 5б, 1б и 3б. Общая сумма баллов - 9б.
В соответствии с полученными данными Куйбышевское водохранилище можно отнести ко второму разряду, а Саратовское - третьему разряду.
Согласно табл. 3, к 1 разряду относятся водохранилища со значениями индекса равным 5, ко 2 разряду - от 6 до 8, к 3 разряду - от 9 до 14. [5]
Таблица 3
Классификация водохранилищ по гидрологическому режиму
Признак Значение индекса
1 2 3
Наличие сезонной стратификации да - нет
Вертикальное
перемешивание (количество раз за <2 2 >2
год)
Условия проточности Бессточный Сточный Проточный
Характер регулирования стока Многолетнее Сезонное Недельное или суточное
Водообмен в год <0,1 0,1-5 >5
Для Куйбышевского водохранилища характерно наличие сезонной стратификации, вертикальное перемешивание происходит 2 раза в год, оно проточное, так же характерно сезонное регулирование стока, водообмен происходит 5 раз за год. В результате баллы распределяются следующим образом: 1 б, 2 б, 3 б, 2 б и 2 б, соответственно. Общая сумма баллов - 10 б.
Для Саратовского водохранилища характерно наличие сезонной стратификации, вертикальное перемешивание происходит 1 раз в год, оно проточное, так же характерно краткосрочное регулирование стока, водообмен происходит 19 раз за год. В результате баллы распределяются следующим образом: 1 б, 1 б, 3 б, 3 б и 3 б, соответственно. Общая сумма баллов - 13 б.
В соответствии с полученными данными и Куйбышевское водохранилище, и Саратовское можно отнести к третьему разряду.
В соответствии с указанной методикой, на следующем этапе определяли суммацию полученных значений всех разрядов, рассчитанных по таблицам 1-3. Для этого по таблице 4 необходимо определить количество баллов согласно полученной сумме разрядов, а так же определить по литературным источникам трофность и качество воды в водохранилищах (в случае отсутствия данных о качестве воды необходимо произвести расчет по РД 52.24.6432002 [3]) и так же соотнести их с количеством баллов. После чего производится суммация всех полученных баллов и получается итоговое значение баллов.
Таблица 4
Бальная оценка уязвимости по физико-географическим, гидрологическим свойствам, трофности и
Семейство уязвимости Род уязвимости по трофическому статусу или по качеству воды
Обозначение Сумма разрядов Баллы Трофность Качество воды Баллы трофности Баллы качетва воды
IA 3-5 8 1. Гиперэвтрофный и эвтрофный 1
1Б 6-9 4 2. Эвтро фный-мезотро фный 3
IIA 10-11 13 3. Мезотрофный 5
11Б 12-14 10 4.Мезотрофный-олиготрофный 8
IIIA 15-16 18 5. Олиготрофный 15
IIIS 17-19 15
IVA 20-21 22 1.Очень грязная и грязная 1
IVS 22-23 20 2. Загрязненная 3
3.Умеренно загрязненная 5
4. Чистая 8
5. Очень чистая 15
Куйбышевское водохранилище относится к эв-тотрофному-мезотрофному, качество воды - загрязненная вода, что дает 3б по трофности и 3б по качеству воды.
Саратовское водохранилище относится к мезо-трофному, качество воды - очень грязная вода, что дает 5б по трофности и 1б по качеству воды.
Сумма всех баллов, полученных на основе имеющихся данных, как для Куйбышевского, так и
для Саратовского водохранилищ получилась равной 10 б.
Полученную сумму баллов находим в табл. 5 и получаем итоговый класс устойчивости водохранилищ. Первому классу соответствует максимальная устойчивость водохранилищ к негативному влиянию ГЭС, а пятому - минимальная. [5]
Таблица 5.
Классы устойчивости водохранилищ.
Класс устойчивости Класс уязвимости Сумма баллов Обозначения основных комбинаций семейств и родов для баллов трофности или качества воды
I I 5-11 1Б1, 1Б2, 1А1, ПБ1
II II 13-16 1А2, ПА1, ПБ2, ШБ1
III III 18-23 1Б3, 1А3, ШБ2, ПА2, ША1, ША2, ГУБ1, 1УА1
IV IV 25-28 ПБ3,ПА3,ГУБ2ДУА2
V V 30-37 ШВ3,ША3,ГУВ3ДУА3
В результате оба оцениваемых водохранилища относятся к I классу устойчивости, то есть обладают максимальной устойчивостью. По табл. 5 можно так же определить класс уязвимости водохранилищ, где первый класс соответствует минимальной уязвимости водохранилища, а пятый класс - максимальной. Оба водохранилища обладают минимальной уязвимостью.
Автором указанной методики «Методы интегральной оценки устойчивости наземных и водных геосистем» Дмитриевым В. В. [5] рассчитаны интегральные значения для четырех типов водохранилищ (табл. 6), которые позволяют оценить влияние изменения естественных режимов по качеству воды в водохранилище.
Таблица 6
Классы устойчивости изменения параметров естественного режима и качества воды для раз-
Тип водохранилища Класс устойчивости
Крупные и грязные I
Крупные и чистые III (ближе к границе II класса)
Мелкие и грязные III (ближе к границе II класса)
Мелкие и чистые V
В соответствии с проведенным анализом и согласно табл. 6 можно отнести Куйбышевское и Саратовское водохранилища к I классу устойчивости, так как они оба крупные (по табл. 1 относятся к 1 разряду) и оба грязные (по табл. 5 имеют наименьшие баллы). [5]
Выводы
Несмотря на высокую экологическую безопасность выработки энергии на ГЭС, они оказывают негативное влияние на водные экосистемы. Поэтому необходимо производить оценку устойчивости и уязвимости водохранилищ, которые подвержены изменению параметров гидрологического режима от ГЭС. Данная методика позволяет произвести такую оценку простым и эффективным способом, однако данный метод оценки не подходит для оценки устойчивости рек. Еще одним недостатком данной методики является отсутствие оценки устойчивости по биоиндикаторам, что может приводить к неполноценным и не до конца точным данным, поэтому рекомендуется применение данной методики в комплексе с методиками, позволяющими дать оценку биопродуктивости водохранилищ.
Согласно данной методике меньше всего подвержены изменениям естественных режимов такие
водохранилища, которые являются наиболее крупными и загрязненными, из чего вытекает нижеприведенный вывод.
Куйбышевское и Саратовское водохранилища имеют одинаковый класс устойчивости (максимальный) и одинаковый класс уязвимости (минимальный). Однако по отдельным гидрологическим параметрам (таким как водообмен, колебания уровня воды в водохранилище, вертикальному перемешиванию) Саратовское водохранилище имеет больший разряд, чем Куйбышевское, что дало ему больше баллов. Вместе с тем, Куйбышевское водохранилище более крупное, но менее загрязненное, а Саратовское - наоборот, что дало Куйбышевскому больше баллов, чем Саратовскому. В итоге это привело к тому, что оба водохранилища относятся к одному классу устойчивости и они оба минимально подвержены изменениям естественных режимов при влиянии ГЭС.
Литература
1. [Электронный ресурс] Научно-популярная энциклопедия: Вода России. Куйбышевское водохранилище. Режим доступа: http://water-rf.ru/129/ 25.03.2017
2. [Электронный ресурс] Научно-популярная энциклопедия: Вода России. Саратовское водохранилище. Режим доступа: http://water-rf.ru/a1231 25.03.2017
3. [Электронный ресурс] РД 52.24.643-2002 «Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям». Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200039667 16.03.2017
4. Базеев Е. Т., Билека Б. Д., Васильев Е. П. и др. «Энергетика. Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики», - К: Аделат. 2011. - 328 с.
5. Дмитриев В. В., Огурцов А. Н. «Методы интегральной оценки устойчивости наземных и водных геосистем», - Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2013. Вып. 3.
6. Кузнецов В. А. «Процесс формирования экосистемы Куйбышевского водохранилища», - Поволжская конференция. Т. 1. Казань: Казанский университет. 1991.
7. Селезнёв В. А., Рубцов М. Н., Купер В. Я., Розенберг Г. С. «Оценка пространственной неоднородности качества вод Саратовского водохранилища», - С: Известия Самарского научного центра РАН: журнал. 1999. - С. 204-211.
ЖЕЛЕЗОРУДНЫЕ И БОКСИТОНОСНЫЕ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ КУРСКОЙ МАГНИТНОЙ АНОМАЛИИ
Петин А.Н
Белгородский государственный национальный исследовательский университет, профессор
Полухин О.Н. Белгородский государственный национальный исследовательский университет, профессор
IRON OREOS AND BAUXITES IN WEATHERING CRUSTS OF THE KURSK MAGNETIC ANOMALY
Petin A.N.
Belgorod National Research University,Professor
Polukhin O.N.
Belgorod National Research University,Professor
АННОТАЦИЯ
Приведены сводные данные по геологии месторождений богатых железных руд в сравнении с бокситовыми проявлениями Белгородского района Курской магнитной аномалии (КМА). Кратко рассмотрены особенности гипергенных железорудных образований Курской магнитной аномалии в связи с потенциалом железоалюминиевого сырья в регионе. Богатые железные руды находятся в ископаемом состоянии. Наибольшая часть богатых железных руд сосредоточена в корах выветривания железисто-кремнисто-сланцевой формации докембрия.
ABSTRACT
A summary of geology of rich-iron ores deposits in comparison with bauxites in Belgorod district of the Kursk magnetic anomaly is described. Briefly describes the features of supergene iron formations of the Kursk magnetic anomaly for primary iron-aluminum capacity in the Belgorod area. Rich-iron ores are in the bowels of the earth. Most of the rich-iron ores and bauxites are in the weathering crusts of the Precambrian iron-siliceous-shale formation.
Ключевые слова: богатая железная руда, бокситы, кора выветривания, Курская магнитная аномалия, КМА.
Keywords: rich iron ore, bauxite, weathering crust, Kursk magnetic anomaly, KMA.
Облик поверхности Земли очень медленно и порой неуловимо в сравнении с человеческой жизнью изменяется. По мере этих изменений с момента становления кислородной атмосферы на материках происходят экзогенные процессы, за счёт которых накапливаются руды металлов. Для практических целей обычно приходится иметь дело с уже захороненными продуктами древних экзогенных процессов, возникших в далёком геологическом прошлом. Главными экзогенными процессами в континентальных условиях принято считать: химическое и физическое выветривание, а также органические
кислоты (продукты жизнедеятельности древних организмов).
Химическое выветривание сравнительно с явлениями физического выветривания пород в чистом виде проявляется в природе реже. Для его развития необходимо сочетание благоприятных климатических условий и наличие подвижных активных соединений. Поэтому чаще всего в природе преобладают месторождения, образующиеся в результате совместного воздействия на материнские (исходные) горные породы процессов механи-
