Прогноз засорения древесной массой проектируемого водохранилища Мотыгинской ГЭС на Р. Ангара Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ

ПРОГНОЗ ЗАСОРЕНИЯ ДРЕВЕСНОЙ МАССОЙ ПРОЕКТИРУЕМОГО ВОДОХРАНИЛИЩА МОТЫГИНСКОЙ ГЭС НА р. АНГАРА

В.П. КОРПАЧЕВ, проф. каф. использования водных ресурсов СибГТУ, канд. техн. наук,

А.И. ПЕРЕЖИЛИН, ст. преподаватель каф. использования водных ресурсов СибГТУ,

К.И. КОРПАЧЕВ, инженер каф. использования водных ресурсов СибГТУ

В реках Сибири Ангаре и Енисее сосредоточен потенциал экологических эффективных гидроресурсов России (более 46 %). К числу перспективных ГЭС на Ангаре относится проектируемая Выдумская (Мотыгинс-кая) ГЭС [1].

Мотыгинская ГЭС, как и все построенные, строящиеся и проектируемые ГЭС Сибири, расположены в лесопокрытых регионах с запасом древесины от 150 до 200 м3 на гектаре. Обязательным условием подготовки ложа водохранилища под затопление является проведение лесоочистки и лесосводки в соответствии с требованием СанПиН 390785 [2].

Опыт строительства ГЭС на территории Сибири показал, что ни на одном водохранилище ГЭС не было случая проведения лесоочистки и лесосводки в запланированных объемах. Это являлось причиной затопления в ложе водохранилищ Сибири 24,69 млн м3 (с учетом планового затопления в ложе водохранилища строящейся Богучанской ГЭС - 2 млн м3) и появления на акватории водохранилищ более 4,0 млн м3 плавающей древесной массы [3, 5].

Даже при проведении лесосводки в запроектированном объеме на акватории водохранилища в первые годы появится плавающая древесина. Источники поступления древесной массы в водохранилище изложены в работах [3, 4].

Исходными данными для разработки прогноза послужили основные параметры водохранилища и лесотаксационные характеристики затопляемых и прилегающих к береговой линии водохранилища земель, которые впоследствии подвергнутся размыву.

Основные параметры водохранилища Мотыгинской ГЭС:

- отметка нормального подпорного уровня (НПУ) - 127,0 м;

sibstu@sibstu.kts.ru

- площадь зеркала водохранилища при НПУ - 431,28 км2;

- средняя глубина водохранилища - 15,5 м;

- максимальная глубина водохранилища - 28,5 м;

- средняя ширина - 2020 м;

- максимальная ширина - 3600 м;

- протяженность водохранилища по средней линии - 196,8 км;

- протяженность контура водохранилища - 626 км.

Запасы лесных ресурсов:

- общий запас древесины -1638 тыс. м3,

в том числе

- ликвидная древесина - 1173 тыс. м3;

- товарная корневая древесина -1404 тыс. м3;

- нетоварная корневая древесина -234 тыс. м3.

В основу методики прогнозирования засорения водохранилища ГЭС (далее методика) выбран метод суммирования количественных показателей отдельных источников его засорения, полученных на основе натурных данных по группе однородных водохранилищ [4].

Ниже в соответствии с положениями методики представлены количественные показатели объемов засорения древесной массой водохранилища проектируемой Моты-гинской ГЭС.

1. Проектный объем затопления древесной массой водохранилища. Этот объем древесины устанавливается на стадии технического проекта после проведения технико-экономических расчетов проведения лесосводки и лесоочистки ложа водохранилища.

В представленном расчете принимается самый благоприятный вариант - все работы по лесосводке и лесоочистке будут выполнены.

60

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ

2. Определение объемов порубочных остатков древесной массы на лесосеках после проведения работ по лесосводке и лесоочистке.

Количественные показатели объемов порубочных остатков определены на основе натурных исследований на водохранилищах-аналогах, построенных в Сибири. Средний показатель объемов порубочных остатков на 1 га площади после проведения лесосводки и лесоочистки представлен на рис. 1.

Средний запас корневой товарной древесины на 1 га составит

1404 тыс. м3:8973 га = 156,5 м3/га; запас нетоварной древесины составит 234 тыс. м3:4703 га = 49,8 м3/га.

Объем порубочных остатков от товарной древесины составит

ЖЛС = ^Лс-шЛс = 8973-28 = 251244 м3, где шЛС = 28 м3/га - удельный объем порубочных остатков от проведения лесосводки определяется по графику (рис. 1). Wa = Fлo•®лo = 4703-14 = 65842 м3, где шЛО = 14 м3/га - удельный объем порубочных остатков определяется по графику (рис. 1), для запаса нетоварной древесины 49,8 м3/га объем порубочных остатков составляет 251244 + 65842 = 317086 м3.

3. Объем порубочных остатков, который может всплыть, определяется по формуле

W = F -w' +F -w' ,

гдеW - возможный объем всплывших порубочных остатков, м3;

w' w' - удельный объем порубочных

остатков на участках проведения лесосводки и лесоочистки, зависит от запаса сырорастущей древесины и может быть определен по графику (рис. 2) [4, 5].

Fnc, Fno - площадь лесосводки, лесоочистки.

W = 8973-3+4703-1,9 =

= 26,92+8,936 = 35856 м3,

4. Объем сухостоя и валежника, которые могут всплыть после затопления с лесопокрытых участков, за исключением площадей, подвергшихся очистке и лесосводке, оценивается по формуле [4]

W = ^F(q-ac+ ^в-авХ

где ZF - сумма лесопокрытых площадей водохранилища, не подвергшихся лесосводке и лесоочистке, га; qc, qв - средние запасы на гектаре сухостоя и валежника, м3/га; а , а - коэффициенты невсплытия (цепкости) сухостоя и валежника.

Натурные исследования на Братском водохранилище показали, что объем сухостоя валежника, всплывшего после затопления, не совпадает с таксационными показателями лесных кварталов в ложе водохранилища. Причиной такого расхождения являются грунтовые условия в месте произрастания леса. Коэффициенты ас и ав , учитывающие невсплывший объем сухостоя и валежника, определены после обработки результатов наблюдений на четырех водохранилищах ГЭС Сибири, табл. 1.

W3, м3/га

Рис. 1. Объем порубочных остатков после проведения работ по лесосводке и лесоочистке

Рис. 2. Удельный объем всплытия порубочных остатков

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

61

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ

Таблица 1

Значение коэффициентов ас и ав

Грунтовые условия произрастания древостоя a с a в

Супеси, пески 0,5 0,5

Суглинки, глина 0,5 0,3

Скальные породы 0,4 0,4

Заболоченные земли, болота 0,5 0,1

Объем сухостоя, который может всплыть, определяется по формуле

Wc = WQC-a = 175890-0,5 = 87945 м3, где WQC = 175890 м3 - запас сухостоя в зоне затопления водохранилища; аС = 0,5 - коэффициент цепкости сухостоя (табл. 1).

Объем захламленной древесной массы, который может всплыть W3X = W-a = 156820-0,3 = 47046 тыс. м3. Таким образом, объем всплывшего сухостоя и захламленной древесной массы равен

87945+47046 = 135 тыс. м3.

5. Поступление древесной массы при отпаде частично подтопленной древесины.

Объем первоначально подтопленной древесины определяется по таксационной характеристике кварталов, расположенных в пределах горизонтов сработки водохранилища от максимальной до минимальной отметок. При отсутствии данных начальный объем частично подтопленной древесины на стадии окончания наполнения водохранилища по натурным исследованиям может быть принят в размере 7 % от объема насаждений, оставленных под затопление.

Товарная древесина при высоте деревьев 30-35 м должна быть по требованиям технических условий вырублена полностью,

так как вершины этих деревьев могут оказаться выше или на уровне горизонта сработки. При этом они могут вмерзать в лед и с подъемом уровня воды выкорчевываться.

Нетоварные насаждения представлены в значительной степени лиственными породами, средняя высота деревьев не превышает 15-20 м. В связи с этим эти деревья могут быть оставлены под затопление.

Поступление древесной массы при отпаде частично подтопленной древесины можно определить, если будет принято решение оставить часть древесины под затопление.

6. Поступление древесной массы в водохранилище от деятельности лесосплавных предприятий.

Количественные показатели поступления древесной массы в водохранилище от проведения технологических операций определены в соответствии с действующими нормативами потерь древесины при выполнении технологических операций и приведены в табл. 2 [4].

На участке реки от створа БоГЭС до створа МоГЭС транзитом сплавляется около

2,5 млн м3 древесины в плотах. Потери древесины при сплаве в плотах составят 0,17 % (табл. 2)

2500 тыс. м3-0,0017 = 4,25 тыс. м3.

Объем работ на рейдах отправления на предприятиях ниже створа БоГЭС составляет около 1000 тыс. м3.

Потери древесины при выполнении комплекса работ на сплоточно-формировочных рейдах составят

1000 тыс. м3-0,003 = 3,0 тыс. м3.

Таким образом, поступление древесины от деятельности лесосплавных предприятий составит 7,25 тыс. м3.

Т а б л и ц а 2

Количественные показатели поступления древесной массы в водохранилище

от технологических операций

Наименование технологических операций Единица измерения Количественный показатель

Комплекс работ на рейдах сплотки (сплотка, формирование плотов) % от навигационного объема сплотки 0,30

Буксировка плотов % от объема буксировки 0,17

Выгрузка пучков из воды % от объема выгрузки 0,31

Погрузочные и разгрузочные работы при судовых перевозках % от объема погрузки или выгрузки 0,11

62

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ

7. Поступление древесной массы из впадающих в водохранилище рек, не задействованных для целей лесосплава и лесотранспорта.

Количественный показатель этого фактора определяется по формуле W = 0,1-N-L-m-B,

где N - запас древесины на гектаре, м3/га;

L - протяженность реки, км;

B - средняя ширина размыва берега за год, м/год;

m - доля размываемых берегов по отношению к общей протяженности обоих берегов.

Параметры В и m определяют интенсивность размыва берегов, которая зависит от скорости течения, типа грунтов, извилистости рек, обеспеченности расхода, вида древесной растительности на берегах и другое. Величина В для рек центральной части Красноярского края колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров в год, а m - в пределах от 0 до 0,5.

При отсутствии информации по интенсивности размыва берегов рек можно воспользоваться графиком [4, 5], полученным по данным натурных исследований на реках Ангаро-Енисейского района.

W = 0,1-N-L-m-B =

ср

= 0,1-156,5-200- 0,2- 0,25 = 156,5 м3, где N - запас древесины на гектаре, принят

156,5 м3/га;

L = 200 км - длина участков рек, на которых возможен сплав деревьев с размываемых берегов;

m, B - приняты по аналогии с реками, впадающими в Братское водохранилище, соответственно 0,25 и 0,20.

8. Поступление древесной массы в водохранилище от действия стихийных факторов.

К таким факторам прежде всего относятся стихийные бедствия (наводнения и ледоходы при высоких уровнях воды), повлекшие за собой аварии лесосплавных сооружений; деятельность различных несплавных предприятий, размещенных на берегу водохранилищ или реках; действия различных самозаготовителей, рыбаков, туристов и т.д.

Количественный показатель фактора стихийных бедствий установлен из анализа

этих явлений в Ангаро-Енисейском бассейне за период с 1965 по 1989 гг.

Так, для Братского водохранилища этот показатель определен в 40 тыс. м3 в год. При этом необходимо учитывать, что Братское водохранилище эксплуатировалось и эксплуатируется более интенсивно для целей лесосплава по сравнению с другими водохранилищами Сибири.

Среднегодовой объем поступления сырья в водохранилище от стихийных факторов для условий Сибири рекомендуется принимать равным от 8,0 до 8,3 тыс. м3 в год, объем поступления от неучтенных факторов - от 3 до 4 тыс. м3 в год.

9. Поступление древесины с берегов Ангары вдоль уреза воды определится

W = L - q = 394- 52 = 20467 м3,

р

где L - протяженность берегов Ангары по средней линии водохранилища равна 196,8 км;

q - удельный запас древесины на 1 км на берегах Ангары, по данным СибГТУ составляет 52 м3/га.

В табл. 3 приведен объем древесной массы, который поступит в водохранилище после первого года заполнения водохранилища.

В табл. 4 приведен объем древесной массы, который поступит на акваторию водохранилища после первого года заполнения водохранилища.

Таким образом, объем древесной массы, которой поступит после первого года заполнения ложа водохранилища, составит 578,8 тыс. м3.

Т а б л и ц а 3

Источник загрязнения Объем, м3

Порубочные остатки от проведения лесосводки и лесоочистки 317086

Сухостой и валежник 175890

Вынос древесины из рек, не задействованных в целях лесосплава 157

Разнесенная древесина вдоль уреза воды 20467

Потери от стихийных факторов 8000

Неучтенные потери 3000

Потери от деятельности лесосплавных и лесозаготовительных предприятий 7250

Размыв берегов 47000

Всего 578850

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

63