CC BY
35
УДК 630*11
ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ СИБИРСКОГО РЕГИОНА
С.В.Громыко, Е.В. Авдеева
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» 660049 Красноярск, пр. Мира, 82 e-mail: sibstu@sibstu.kts.ru
Строительство гидроэлектростанций определяет коренную трансформацию экологии и планировки района в довольно короткий срок. Оно связано с затоплением обширных территорий и населенных мест, переносом промышленных предприятий и инженерных сооружений из зон затопления, очисткой ложа водохранилища от лесных массивов, изменением микроклимата и условий роста древесной растительности. Коренным образом меняются условия судоходства на реке. При этом возникает сеть новых промышленных предприятий, населенных мест, транспортных и инженерных сооружений. Вблизи гидроэлектростанций возникают новые крупные промышленные центры и города.
Создание гидроэнергетических комплексов и водохранилищ, появление новых отраслей промышленности, требует огромных пространств и новых форм расселения, изменяет планировочные структуры существующих и образование новых городов, вызывает значительные преобразования окружающей ландшафтной и экологической среды сибирского региона.
Ключевые слова: природная среда, Сибирь, гидроэлектростанции, самоочищающая способность, река Енисей, микроклимат
Construction of hydropower plants defines fundamental transformation of ecology and planning area in a relatively short period of time. It is associated with the flooding of vast territories and settlements, transport and industrial engineering from the flooded areas, cleaning the reservoir bed of forests, climate change and growth conditions of woody vegetation. Radically change the conditions of navigation on the river. Thus there is a network of new industrial enterprises, residential areas, transport and civil engineering. There are new hydropower plants near major industrial centers and cities.
Creating hydropower complexes and reservoirs, the emergence of new industries, require huge spaces and new forms of resettlement planning changes the structure of existing and creation of new cities, causes significant environmental transformation of the landscape and ecological environment of the Siberian region.
Keywords: natural environment, Siberia, hydroelectric power, self-cleaning ability, the river Yenisei, microclimate
К числу основных природных ресурсов Сибири относятся водные ресурсы. В Сибири и на Дальнем Востоке сосредоточено около 80% энергетических ресурсов страны. В результате благоприятных природных условий, таких как большие расходы рек, скальные основания, относительно небольшие площади затопления, удельные капиталовложения на один кВт ч электроэнергии здесь значительно ниже, чем в европейской части страны (Шелест, 1975).
Главной водной артерией Красноярского края является Енисей, бассейн которого занимает 57% территории края. По площади бассейна река Енисей занимает седьмое место в мире, второе в Азии и стране (после бассейна р. Обь), а по объему является самой многоводной рекой страны (610 км3 воды в год) (Корытный, 1991). Свыше половины стока несут три основных его притока - Ангара, Нижняя и Подкаменная Тунгуски.
Вода является особым видом природных ресурсов. Она удивительна по многим своим свойствам, ее легче добыть, чем минеральное сырье, ресурсы воды в реках периодически возобновляются. Доступность, относительная дешевизна, наличие уникальных свойств привели к массовому использованию воды во многих сферах хозяйственной деятельности: охладитель, теплоноситель, растворитель, реагент, источник энергии, влага для растений, источник жизни для че-
ловека (Корытный, 1991). В Красноярском крае развиты все виды использования воды. Их доля в общем объеме представлена на схеме (рисунок 1).
Расходование воды энергетикой в Красноярском крае занимает первое место среди всех отраслей экономики, поэтому строительство и эксплуатация ги-дроэнерготехнических сооружений является важным моментом в развитии сибирского региона.
Первый шаг к строительству современных гидротехнических сооружений сделан академиком И. Г. Александровым. В 1929 - 30 гг. была составлена первая схема использования ресурсов Енисея и
Ангары. Но освоение труднодоступных восточных районов отодвинулось на десятки лет, хотя изыскания для строительства Красноярской ГЭС начались уже в 1932 - 33 гг. Они были прерваны войной. После войны работы возобновились, но первыми крупными ГЭС Сибири стали Иркутская и Братская на Ангаре. В этом выборе решающей оказалась уникальная заре-гулированность стока Ангары озером Байкал в течение всего года, что было экономически выгодно.
50-е годы XX в. становятся исходным рубежом начала нового этапа экономического развития существующих и освоения новых регионов расселения. Решающее значение в экономике Сибири отводится созданию здесь мощной индустриально-экономической базы.
На основе научной гипотезы и экономических планов развития края ведутся работы по районной планировке промышленных районов и зон влияния крупных энергетических систем. Выполнена схема районной планировки зоны влияния Красноярской ГЭС, которая охватила территорию с тремя крупными промышленными районами, включая Красноярский, что положило начало работам на столь обширных территориях и в широких масштабах изменениям природной среды. В это время идут закладка, формирование и строительство крупного гидроэнергетического комплекса в Ангаро-Енисейском регионе с созданием каскадов гидроэлектростанций на Енисее и Ангаре, а также их притоках (таблица 1).
Таблица 1 - Крупнейшие гидроэлектростанции Ангаро-Енисейского бассейна
Гидроэлектростан- Мощность, Выработка электро-
ция млн.кВт энергии, млрд. кВт ч
Братская 4,6 22,6
Усть-Илимская 4,3 21,9
Саянская 6,4 23,7
Красноярская 6,0 20,4
Гидроэнергетическое строительство в Сибири имеет важное градообразующее значение, стимулирующее создание городов разного масштаба, а в некоторых случаях и территориально-промышленных комплексов. Однако градообразующее значение могут иметь не только энергоемкие производства, но и другие отрасли промышленности, опирающиеся на тяготеющие природные ресурсы и экономико-географическое положение районов.
Строительство гидроэлектростанций определяет коренную трансформацию экологии и планировки района в довольно короткий срок. Оно связано с затоплением обширных территорий и населенных мест, переносом промышленных предприятий и инженерных сооружений из зон затопления, очисткой ложа водохранилища от лесных массивов, изменением микроклимата и условий роста древесной растительности. Коренным образом меняются условия судоходства на реке. При этом возникает сеть новых промышленных предприятий, населенных мест, транспортных и инженерных сооружений. Вблизи
гидроэлектростанций возникают новые крупные промышленные центры (Братск, Усть-Илимск, и др.) или менее крупные города (Дивногорск, Саяногорск).
Изменения, вносимые в природную среду и планировку района созданием крупных гидротехнических сооружений, должны быть научно обоснованы по основным географическим, экономическим и экологическим параметрам и иметь долгосрочный прогноз во времени и пространстве последствий в результате проведения данных мероприятий. Еще на предпроектной стадии (при выборе створа и отметки плотины) при разработке схем районной планировки важно предусмотреть влияние возможных изменений окружающей среды в результате использования реки в новом режиме. В некоторых случаях, исходя из интересов развития экономики или изменения экологии региона, целесообразно отказаться от строительства ГЭС или существенным образом изменить место створа или величину подпорной отметки станции.
Так, окончательные решения по основным проектным показателям Красноярской ГЭС (выбор створа, высоты плотины, строительство обслуживающего населенного пункта и др.) по различным причинам были приняты в конце 50-х годов, хотя гидротехнические изыскания для строительства были начаты еще в 30-х годах. На выбор створа будущей гидростанции, на целесообразность строительства крупнейшей гидростанции в этом районе в целом особое влияние оказывали и река, и сложнейшие климатические, геологические условия и многое другое.
Уже в то время на основании полученных данных инженером Г.А. Претро была составлена схема каскада гидростанций на Енисее, некоторые моменты которой корректируются до сих пор. Была нанесена на карту и будущая Красноярская ГЭС. Створ ее должен был находиться недалеко от потребителей электроэнергии, в месте, наиболее приемлемом для транспортировки вырабатываемой электроэнергии, удобном для организации строительного хозяйства, и при этом очень важно то, что крупная гидростанция должна иметь надежное основание. Всесоюзный институт Гидроэнергопроект наметил створ мощной гидростанции в 20 км выше Красноярска, где над Енисеем нависает высокая отвесная скала - Собакинский бык. Строительство ГЭС в этом районе позволяло наиболее полно использовать гидроресурсы Енисея и его притока - реки Маны. Однако подробные изыскания показали непригодность выбранного места для строительства крупной гидростанции из-за плохого качества основания. Древние порфириты, разделенные мягкими прослойками, потеряли монолитность и надежность.
В 1955 г. развернулись инженерно-геологические изыскания в районе Шумихинского участка Енисея, выше Красноярска. Район Шумихинского створа представляет собой каньон с шириной русла около 750 метров, крутыми скалистыми берегами, он размещается в пределах гранитного массива девонского возраста. Долина Енисея на этом участке сравнительно узкая, глубоко врезана в гранитный массив по его
западному краю. Правобережный склон долины начинается отвесным уступом высотой от 8 до 18 метров и далее в глубь берега выполаживается, приобретая крутизну 35 - 400. Наибольшая высота склона над горизонтом воды в реке достигает 350 метров. У левого берега река подмывает крутой уступ 100-метровой террасы. Крутизна склона достигает 150, а в отдельных случаях он почти отвесен. Ширина террасы - 900 - 1000 метров.
Изыскательские работы в Шумихинском створе дали необходимую инженерго-геологическую характеристику основания Красноярской ГЭС, которая говорила о ее достаточной надежности и о проведении необходимых специальных мероприятий по его укреплению, так как идеальных оснований для создания таких сооружений в природе быть просто не может.
Полные данные об основании гидроузла очень важны. Известно, что одной из главных причин гибели некоторых плотин в США, Франции и Италии было то, что изыскания, предшествовавшие строительству плотины, велись недостаточно тщательно. Например, плотина Сент-Френсис в США рухнула из-за того, что американские геологи не заметили крупной трещины между туфами и сланцами, лежащими в основании плотины. Вода, просачиваясь из водохранилища, постепенно растворила гипс, вынесла его, размыла трещину. Центральная часть плотины повисла над пропастью и рухнула (Подвиг на Енисее, 1972).
Учитывая мировой гидротехнический опыт, проектировщики, изучив действительный характер обнаженных строителями полого-наклонных трещин в пределах большей части основания станционной и правобережной глухой плотины, рекомендовали строителям принять специальные меры по восстановлению монолитности основания и усилению плотины.
Строителям в ходе работ потребовалось удалить породы в зоне трещин, расположенные на глубине 8 -15 метров непосредственно под подошвой плотины; для предотвращения осадки зацементировать трещины в основании плотины здания ГЭС; для устойчивости сооружений объединить анкерной опорой плотину и вилки трубопроводов со зданием ГЭС в единый массив.
При проектировании и еще более в ходе самого строительства нельзя было не считаться с особенностями климатических условий центральной части Сибири. Красноярская ГЭС расположена в районе с резко континентальным суровым климатом. Морозы, штормовые ветры и ливневые дожди серьезно осложняли строительно-монтажные работы на гидроузле, создавая дополнительные трудности.
После определения места строительства гидростанции возник не менее спорный вопрос о выборе отметки верхнего бьефа. Если подходить к выбору подпорной отметки верхнего бьефа из общепринятых условий полного использования стока реки, то пришлось бы полностью затопить город Абакан (столица Республики Хакасия) и рабочий поселок Усть-Абакан, частично затопить город Черногорск и, кроме того, необходимо было бы обваловать Минусинск.
Избежать затопления этого обжитого и сравнительно плотно заселенного района можно было, лишь снизив подпорную отметку на 12 метров, но при этом часть падения реки - около 6 метров - уже не могла быть использована, включая и приток - р. Абакан.
Сторонники высокой отметки указывали на экономическую целесообразность этой отметки и необходимость полного использования водостока. Другие считали недопустимым ухудшать условия жизни жителей Минусинска и опасались сокращения части населения Абакана и поселка Усть-Абакан при их переселении из затопляемых пунктов. Так как во главе обеих групп стояли крупные гидротехники, то было решено выполнить проектное задание на две отметки. При рассмотрении проектного задания Министерство утвердило вариант отметки с низким стоянием горизонта воды - 243 метра, сохранив при этом населенные пункты.
Особое значение для определения градообразующей базы городов в районах градостроительства имеет правильный прогноз масштабов развития промышленности. Так, в проектной практике допускались некоторые неточности в определении перспектив развития промышленности и городов на базе крупных гидроэлектростанций. Например, численность населения Братска вначале предусматривалась лишь 100 тыс. человек. В настоящее время она более чем в 3 раза превысила этот рубеж. Расчетная численность Усть-Илимска - 150 тыс. чел., реальная - около 50 тыс. чел.; город Дивногорск планировался как временный поселок Дивногорска, сохранившиеся и эксплуатируемые до сих пор гидростроителей, однако он успешно уже в течение 45 лет развивается как малый город. При этом важной задачей является капитальное строительство жилого фонда, отказ от создания временных поселков, обрекающих трудящихся на длительное проживание в недостаточно благоустроенных жилых домах, причем их ремонт и поддержание в удовлетворительном состоянии и снос которых оказывается впоследствии дороже, чем правильное планирование и строительство капитального жилья. Таким ярким примером является город Дивногорск, где наряду с жилыми домами новой планировки стоят деревянные полублагоустроенные дома, в которых, к сожалению, до сих пор проживают первые строители Красноярской ГЭС.
Нередко природные условия не позволяют создать единый город для расселения строителей и трудящихся промышленного комплекса, что приводит к некоторым осложнениям в развитии района. Однако во всех возможных случаях создание дробных жилых образований по возможности следует избегать.
Достаточно планомерное размещение объектов инфраструктуры происходит на основе технико-экономического планирования в зоне влияния Братской и Красноярской ГЭС.
В 1968 г. был разработан генеральный план города Братска и его пригородной зоны с лесопарковым поясом вокруг жилых районов. Большая разобщенность города определила своеобразие Братска как таежного
города. Центральный район города представляет компактный массив, планировочная структура которого предопределена характерным ландшафтом. Четыре плато района четко фиксируются разделяющими их долинами с глубокими бухтами водохранилища. Некоторым недостатком планировки и застройки микрорайонов Братска является излишняя жесткость планировки, которая почти не учитывает композиционно живописных природных условий участка. Более пластичное очертание контуров застройки могло бы позволить городу стать своеобразнее. Традиционные приемы планировки в сочетании с типовыми проектами зданий лишили застройку индивидуальности, во многом снизили впечатление уникальности города, созданного рядом с крупным гидроэнергетическим узлом.
Самым южным городом на р. Енисей, образованным в 1975 году (и вновь из трех поселков: бывших старинных сел Означенное, Майна и поселка строителей Саянской ГЭС Черемушки), является Саяногорск. От Черемушек до Означенного более 50 км по левому берегу Енисея. Город является «энергетическим сердцем» Саянского территориально - производственного комплекса. В городе проживают строители рабочие и градообразующих предприятий - ГЭС, Саянского алюминиевого завода, комбината «Саянмрамор» (Корыт-ный, 1991). Окрестности г. Саяногорска очень живописны, что и привлекает сюда отдыхающих и туристов.
В 5 км от нижнего бьефа плотины Красноярской ГЭС раскинулся еще один малый город - Дивногорск. Его рождение связано с рекой, с сооружением гидроэлектростанции. Он расположен на достаточно сложном рельефе правого берега Енисея в естественном сосновом массиве.
Вследствие строительства гидроэлектростанций, дамб и других гидротехнических сооружений важнейшие естественные гидрологические характеристики рек сильно изменяются. Так, на реках с зарегулированным стоком практически не наблюдается половодья, межени, создается искусственно выбранный уровень воды.
В результате перекрытия Енисея плотиной Красноярской ГЭС образовалось водохранилище в среднем течении реки на территории Даурского, Новоселовского, Краснотуранского, Идринского, Минусинского, Боградского, Усть-Абаканского и Алтайского районов Красноярского края.
Длина водохранилища (по проекту) - 388 километров, ширина - 2 - 3 километра на ближайшем к плотине участке, постепенно увеличивается, достигая 15 км в районе рабочего поселка Усть-Абакан и города Абакана. Площадь зеркала водохранилища -2000 км2, объем -73,3 км3. Красноярским морем затоплено полностью 96 и частично 23 населенных пункта. Это требовало проведения целого комплекса мероприятий. Из зоны затопления эвакуировано примерно 50 тысяч человек. Эвакуация населения и перенесение хозяйственных, жилых построек и предприятий осуществлялись по единому генеральному плану. Предстояло произвести очистку лесных площадей (95,8 тысячи гектаров), подготовить рыбопро-
мысловые участки и санитарные зоны (10061 гектар), произвести инженерные и другие мероприятия по защите города Абакана и поселка Усть-Абакан, построить специальные дамбы обвалования, осуществить систему дренажей с водоотливом и подсыпкой территорий, часть строений и промышленных предприятий перенести.
Значительные изменения в водный режим Енисея вносят Саянское и Красноярское водохранилища. Водохранилища - это искусственно созданные водоемы с режимом, заданным человеком, как правило, после создания подпорного сооружения - плотины. Основным признаком водохранилища, отличающим его от естественного водоема, признаком обязательным, является возможность регулирования расхода воды и его уровневого режима. Оно представляет собой искусственно созданный природный объект, который наряду с другими (природными и антропогенными) объектами входит в состав более сложного образования - геотехнической (природно-технической) системы, элементы которой тесно связаны между собой вещественно-энергетическими и информационными потоками. Внимание к различным сочетаниям технических и природных систем в последние годы резко возросло. Это связано с тем, что взаимодействие человека с природой осуществляется в настоящее время не непосредственно, а урбанизированно т.е. через различные технологии. Насыщенность природной среды техническими сооружениями возрастает с каждым годом. Инженерно-технические сооружения чрезвычайно многообразны, а степень и жесткость связей между ними и природной средой весьма разнообразны: от незначительных влияний на естественное окружение, до порой полного его уничтожения.
Геотехническая система энергетического назначения, частью которой является водохранилище, - активное сооружение, так как оно специально предназначено для изменения свойств природной среды и производства энергии. Для предотвращения многих опасных и нежелательных явлений в зоне влияния сооружения необходимо учитывать состояние природных и технических подсистем, опираться на природные закономерности местности (гидрологические и термические условия, влажность и др.), общественные потребности и технические возможности. Основные параметры Саянского и Красноярского водохранилищ представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Основные параметры водохранилищ и виды использования
Характеристики водохранилищ
Названия ГЭС полный объем, км3 площадь, км2 длина, км максимальная глубина, км Виды использования
Красноярская 73,3 2000 390 100 Энергетика, водоснабжение, рекреация, борьба с на-
Саянская 29,3 633 290 220 воднениями, судоходство
Влияние водохранилища на природную среду прослеживается в районах нижнего и верхнего бьефов плотины. Район верхнего бьефа: воздействие водохранилища осуществляется по подвижным компонентам ландшафта - водным и воздушным массам, животному и растительному миру. Воздушные массы, проходя над акваторией, трансформируются, приобретают новые черты и тем самым создают зону климатического влияния водохранилища. Движение водных масс создает зоны размыва берегов, зону гидрологического (подпор притоков реки) и зону гидрогеологического влияния, связанного с фильтрацией вод из водоема и подпором грунтовых вод со стороны фильтрационного потока от водохранилища.
В реке, ставшей в верхнем бьефе плотины «морем», происходит резкое уменьшение скорости течения, что вызывает выпадение на дно взвешенных частиц. В результате происходит сильное осветление воды, увеличивается освещенность дна и, как следствие, развитие водорослей, особенно на мелководьях - «цветение» воды, которое приводит к ухудшению кислородного режима и качества воды в целом (которую, кстати, потребляют жители Дивногорска). Поверхность водохранилища более длительное время находится подо льдом, а летом, наоборот, прогревается сильнее, при этом увеличивается испарение почти в 3 - 4 раза. Таким образом, данные участки стали чем-то средним между рекой и озером (Вендров, 1976).
Животный мир местности изменяется особенно сильно в период наполнения водохранилища, когда из зоны затопления животные мигрируют на водораздел. После наполнения водоема животные находят постоянные места обитания либо в долинах соседних рек, либо приспосабливаются к новым условиям.
Существует еще одна важная экологическая и экономическая проблема, связанная с созданием водохранилищ - лес, растущий в ложе будущего «моря», т.к. его практически не вырубают. А это, во-первых, лесные ресурсы, потерянные для экономики, во-вторых, он, разлагаясь, резко ухудшает качество воды и, в-третьих, всплывая, служит серьезной помехой для судоходства и работы гидроагрегатов. Леса, оставшиеся на берегах водохранилищ, относятся, как правило, не к категории эксплуатационных, а защитных, выполняющих водоохранную, санитарно-за-щитную и рекреационную роль. На водохранилищах сочетание природных (чистый воздух, вода, лес) и социальных (потребность в отдыхе) факторов создает условия для организации зон массового отдыха, особенно расположенных вблизи крупных городов. Но наличие полосы угнетенных, захламленных дре-
востоев и размытых берегов из-за подтопления и изменения береговой линии и вымывания древесины со дна водохранилища затрудняет создание рекреационных территорий. Поэтому подготовка чаши и берегов водохранилища должна вестись с учетом интересов различных видов использования: гидротехники, сельского хозяйства, градостроительства, рекреации и др.
В нижнем бьефе плотины отчетливо прослеживается зона гидрогеологического влияния. Снижение здесь уровня воды в реке, ликвидация весеннего паводка ведут к преобразованиям в режиме грунтовых вод прилегающей территории. Все это, в свою очередь, вызывает изменения в почвенном и растительном покрове в долине реки. Изменения в значительной степени сказываются на ледовом и термическом режимах. Из-за явления кавитации после выхода воды из гидроагрегатов Красноярской ГЭС ледостав зимой отступает от плотины на 70 км, летом на этом же расстоянии вода прогревается максимум до 8 ч-11°С, что значительно холоднее, чем до строительства ГЭС (вода прогревалась до 34°С), при этом учащаются туманы, которые «поддерживает» открытая водная поверхность.
Низкие летние температуры резко снизили активность микроорганизмов, разлагающих различные загрязнения. В результате, по оценке биофизиков, самоочищающая способность Енисея упала почти вдвое. Эти явления ухудшают рекреационные и экологические условия в районе города Красноярска. Согласно Экологического атласа г. Красноярска, составленного Институтом математического моделирования по данным городского отдела здравоохранения, в Красноярске, в районе набережной р. Енисей, значительно увеличилось количество заболеваний дыхательных путей.
Таким образом, создание гидроэнергетических комплексов и водохранилищ, появление новых отраслей промышленности, потребовавших огромных пространств и новых форм расселения, изменения планировочной структуры существующих и образование новых городов вызвало значительные преобразования окружающей ландшафтной и экологической среды сибирского региона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Шелест В.А. Региональные энерго-экономические проблемы СССР - М., 1975. Корытный Л.М. Реки Красноярского края. - Красноярск:
Кн. изд-во, 1991. - 157 с. Подвиг на Енисее (Из истории строительства Красноярской
ГЭС). - М., Мысль, 1972. -263с. Вендров С.Я., Дьяконов К.К. Водохранилища и окружающая природная среда. - М.: Наука, 1976. 136 с.
Поступила в редакцию 18.08.14 Принята к печати 20.12.14
