CC BY
116
В.П. Корпачев и др.: Влияние затопленной и плавающей древесной массы на водные объекты
УДК 540.4.054
ВЛИЯНИЕ ЗАТОПЛЕННОЙ И ПЛАВАЮЩЕЙ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ
НА ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ
В.П. Корпачев, Л.И. Малинин, М.М. Чебых, Ю.И. Рябоконь, А.И. Пережилин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологич еский университет» 660049 Красноярск, пр. Мира, 82; e-mail: ivr@sibstu.kts.ru
Водохранилища ГЭС являются мощными источниками воздействия на окружающую природную среду. З а-топленная и плавающая древесина не только представляет опасность для судоходства как механический загрязнитель, но и ухудшает качество воды. В работе дается оценка влияния древесной массы на качество воды в вод о-хранилище и приводятся безопасные соотношения объемов древесины и воды.
Ключевые слова: водохранилище, древесина, загрязнение, загрязняющие ве щества, качество воды
Water basins of hydroelectric power station are powerful sources of influence on environment. The flooded and floating wood not only represents danger to navigation as mechanical polluting substances, but also worsens quality of water. In article the estimation of influence of a wood on quality of water in a water basin and the safe propo rtions of volumes of wood and water is given.
Key words: water basin, wood, pollution, polluting substances, quality of water
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее уязвимыми элементами природы являются взаимосвязанные элементы природы - вода и лес. Глобальные преобразования природной ср еды связаны именно с этими компонентами прир оды. Эксплуатацию водных и лесных ресурсов мо ж-но считать удовлетворительной лишь в том случае, если диапазон изменения природных антропоге н-ных факторов не превышает пределов приспосо б-ляемости живых организмов.
В системе водного хозяйства страны крупным водопользователем является во дный транспорт, включающий в себя и водный транспорт леса. Внутренний водный транспорт обеспечивает до 8 % общего грузооборота страны. К водным путям тяготеет более 60 % лесных массивов. И на сегодняшний день для многих лесных регионов тран спорт леса по воде остается единственным видом транспорта. Из 100 млн. м3 заготавливаемой в последние годы в России древесины до 30 % объема доставляется водным путем. Только по Ангаре с 2003 по 2007 годы доставлялось потребителям еж е-годно более 3 млн. м3 древесины. Водным путем доставляется древесина на Братский и Усть -Илимский ЛПК.
Экономические и экологические расчеты пок а-зывают, что водный транспорт леса более эффект и-вен по сравнению с автомобильным при транспо р-тировке леса на расстояние более 150 км. Транспортировка леса по воде обеспечивает более ни з-кую себестоимость перевозок по сравнению с железнодорожным и автомобильным транспо ртом, требует меньших удельных расходов металла и т о-плива на сопоставимый объем перевозок, меньшие первоначальные капитало вложения - реки, озера, водохранилища.
При выполнении требований ГОСТ 17.1.3.01 -76* «Охрана природы. Гидросфера. Правила охр а-
ны водных объектов при лесосплаве», водный транспорт леса является экологически более чи с-тым по сравнению с сухопутными видами тран спорта. При замене энергии потока искусственной механической энергией потребовало сь бы сжигать ежегодно тысячи тонн жидкого топлива.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Долгие годы реки использовались для молев ого сплава древесины. В 1985 г. вышло постановление Правительства СССР «О прекращении молев ого сплава». Нарушение Правил и технологий молевого сплава привело к тому, что только в реках Красн о-ярского края и Иркутской области было з атоплено более 400 тыс. м3 древесины.
В 1989 - 1994 гг. сотрудниками кафедры водного транспорта леса (ВТЛ) СибГТУ были пров едены натурные обследования рек Красноярского края и Иркутской области, выведенных из молевого спл а-ва. Результаты обследований приведены в та блицах 1, 2 (Корпачев и др., 1995).
Кроме того, необходимо учесть запасы разн е-сенной древесины в устье р. Енисей, объемы которой по разным источникам ко леблются от 400 тыс. м3 до 1,5 млн. м3 (Борисовец, 1987).
Антропогенные преобразование водных ресу р-сов достигли глобальных масштабов. На Енисее и Ангаре появились пять крупных водохранилищ: Красноярское, Саяно-Шушенское, Усть-Илимское, Братское и создается Богучанское.
Созданные водохранилища в лесопокрытой з о-не стали не только транспортными артериями с н о-выми морфологическими характеристиками, но и стали источниками активного воздействия на окр у-жающую природную среду (рис. 1).
О влиянии плавающей и затопл енной древесины на качество вод начали говорить еще в шест и-десятые годы. Это было связано с проведением
молевого лесосплава преимущественно в безд о- ным способом транспортного освоения лесных рожных районах, где он был единственно досту п- ресурсов.
Таблица 1 - Объемы затонувшей древесной массы на реках Красноярского края, выведенных из молевого сплава, тыс. м3_
Всего В т.ч. Породный состав Качественный состав
затонув- древеси- Метод исследований
Название реки шей ны, листвен- хвойные объема и качества Годы
замытой деловая дрова
древеси- наноса- ница породы древесины
ны
ми
1. Мана 174,0 5,5 156,6 17,40 130,0 44,0 Полный учет на всем 1990- 1994
2. Колба 18,00 6,0 17,3 0,70 12,00 6,0 протяжении реки 1990
3. Бирюса 15,04 0,6 14,1 0,94 14,34 0,7 1990- 1993
4. Чуна 1,32 - 1,32 - 1,2 0,12
5. Кан 29,00 19,0 28,0 1,00 24,0 5.0 1993- 1994
6. Оя 1,51 0,3 - 1,51 0,7 0,81 1990
7. Усолка 0,47 - 0,47 - 0,4 0,07 На основе учета на 1990
8. Тасеева 12,66 4,3 11,6 1,06 11,07 1,59 пробных участках 1990
9. Кунгус 3,52 0,3 1,5 2,02 1,4 2,12 1990- 1992
10. .Агул 1,22 - 0,4 0,82 0,4 0,82 1990
11. Кебеж 0,30 - - 0,30 0,1 0,20 Расчетным путем на 1990
12. Абакан 2,40 0,4 - 2,40 1,2 1,20 основе реки-аналога 1990
13. Ангара 43,00 - 43,0 29,0 14,00 Экспертная оценка 1992- 1994
Итого 302,44 36,4 274,29 29,15 225,81 76,63
Таблица 2 - Количество и качество затонувшей древесины в реках Иркутской обла сти, тыс. м3
В т.ч. Породный
древеси- состав
Всего зато-
Качественный состав
■ Метод исследований
Название реки нувшей древесины ны, замытой наносами лиственница хвойные породы деловая дрова объема и качества древесины Годы
1 .Чуна-Уда 68,75 11,0 30,0 38,75 38,75 30,0 Полный учет 1990
2. В. Бирюса 11,09 1,0 9,4 1,59 9,9 1,19 на всем протяжении реки 1990
3. Китой 5,5 3,5 5,05 0,4,5 3,8 1,7 На основе учета на пробных участках 1990 - 1993
4. Н. Бирюса 4,5 0,5 4,0 0,5 4,0 0,5 Расчетным путем на основе реки-аналога -
5. М. Иреть 4,0 3,0 3,5 0,5 3,5 0,5 Экспертная оценка 1990
6. М. Белая 20,0 14,0 19,0 1,0 14,0 6,0 1990
7. Б. Белая 20,0 14,0 19,0 1,0 14,0 6,0 1990
8. Белая 15,0 10,0 12,0 3,0 8,0 7,0 1990
9. Тагул 0,07 - 0,07 - 0,07 - Расчетным путем на -
10. Туманшет 0,21 - 0,21 - 0,21 - основе реки-аналога -
Итого 149,12 57,0 102,23 46,89 96,23 52,89
Основным источником загрязнения рек и вод о-хранилищ считалась древесина оставшаяся в р еках в процессе проведения лесосплава. Анализ отечес т-венной и зарубежной литературы о влиянии лес о-сплава на степень загрязнения водных объе ктов не дал однозначного ответа, поскольку 60 - 70-е годы характеризуются как период активного разв ития химического и лесохимического комплекса, а во д-ные объекты практически использовали для приема сточных вод.
Поскольку реки и водохранилища имели многоцелевое использование, в том числе для цел ей лесосплава и рыбного хозяйства, то о вредном во з-действии находящейся в воде древесины на рыбное хозяйство заговорили тогда, когда в реках резко сократились уловы рыбы. Специалисты рыбного хозяйства объяснили это вредным влиянием лес о-сплава. В связи с этим у общественности сформи-
ровалось мнение, что нахождение древесины в воде явилось причиной снижения рыбных зап асов.
О неоднозначной оценке влияния лесосплава на рыбное хозяйство отмечается в работах: «... Одни исследователи считают, что лесосплав вреден (Альм, 1923; Строганов, 1937; Гусев, 1952; Арнольд, 1921; Коркин, 1932; Веселов, 1950), другие доказывают, что влияние сплава на водоемы и во д-ные организмы не вредно, а в ряде сл учаев даже полезно (Правдина, 1933; Державин, 1939; Яре-фельд, 1931; Беннинг, 1938; Фридман, 1937; Остроумов, 1947) ...» (Остроумов, 1946; Гусев, 1975; Гусев, Лесников, 1983).
Влияние лесных ресурсов на качество воды оценивается, прежде всего, с точки зрения влияния их на сохранение и во спроизводство рыб, так как в этом случае предъявляются повышенные требования к составу и свойствам воды.
Влияние плавающей и затонувшей древесной массы на водохозяйственные объекты (ВО)
Засорение водных объектов древесной массы
Загрязнение водных объектов
Остатки от песос водки и лекхинстки
Вынос древесины из рек
Аварии при транспорте, в запанях
Природный фактор размыв берегов
Деятельность населения на берегах рек и водоемов
Стихийные явления
£
К
*
■а [Д
С
ж о
ч 7 ~ и
о Я с §
5 3
а
и
н
о
>Е
(и о
г Й
X и
4) X л
X а
к о
5 а X
5
к
СП
=
Изменение среды обитания
Количественное и качественное изменение _бентоса_
Количестве! и гае и качественное изменение планктона
Трансформация состава качества природных вод
Смена биоценоза
Рисунок 1 - Влияние плавающей и затопленной древесной массы на водохозяйственные объекты
Эти требования с учетом возможных после д-ствий лесосплава, сводятся к следующим (Бори-совец, 1988; Соловьев и др., 1985):
- растворимый кислород в пробе, отобра н-ной в период суточного минимума, 6 мг/л;
- биохимическая потребность в кислороде (БПК) полная при 20 °С, 3 мг/л;
- активная реакция рН, 6,5 - 8,5;
- ядовитые вещества не должны содержат ь-ся в концентрациях, оказывающих прямое или косвенное неблагоприятное влияние на рыб или водные организмы, служащие ко рмом для рыб.
Исследования показали, что степень влияния лесосплава на гидрохимический состав воды и на водные организмы определяется предельно д о-пустимой концентрацией древесины в воде.
Критерием безвредности лесосплава для биологического равновесия водоема является отношение объемов древесины и воды во вр е-мя лесосплава 1:250, что доказано многолетними исследованиями ГосНИОРХа, ЛТА. При этом
соотношении количество экстрагируемых веществ в воде колеблется около 1,6 - 2,0 мг/л, что не создает неблагополучных условий для обит а-ния и развития водных организмов. Поэтому т а-кое отношение рекомендуется не нарушать при проведении лесосплава (Остроумов, 1946; Гусев, 1975; Гусев, Лесников, 1983; Соловьев и др., 1985; Фоминцев, Кулешова, Бородин, 1989).
Результаты исследований показали, что в обычных условиях лесосплава отношение древ е-сины к воде практически значительно меньше рекомендуемого и может обеспечиваться в пр е-делах 1:250 до 1:12500 и менее. При этих условиях данные анализа воды ряда рек во время лес о-сплава выявили, что основные гидрохимические показатели воды (содержание растворенного к и-слорода, БПК, рН, конце нтрация смолистых и дубильных веществ и т.п.) не выходят за пределы, установленные требованиями к составу и свойствам воды рыбохозяйственных водоемов (табл. 3).
Таблица 3 - Гидрохимическая характеристика воды лесосплавных рек_
_ Объем лесо- Отношения дре- _ тт Растворенный кисло- % насыщения Река 3 Реакция рН _сплава, тыс. м_весины и воды___род, мг/л_кислородом
Абакан 233 1:3991 6,1 12,0 93
Мана 491 1:631 7,45 11,5 94
Тасеева 465 1:6022 7,5 8,57 75
Бирюса_715_1:2937_7,45_10,6_97
Проведенный анализ химических свойств в оды лесосплавных рек показывает, что в пода в-ляющем числе случаев эти показатели находятся в границах действующих предельно допустимых концентраций или мало отличаются от своих зн а-чений при бытовом режиме рек. Это подтвержд а-ет, что нахождение древесины в определенных объемах не создает заметного дополнительного загрязнения воды по сравнению с естественной загрязненностью ее в данном водоеме при отсу т-ствии лесосплава.
Влияние скопления объемов древесной массы на загрязнение водных объектов, на изменение гидрохимического состава воды проявляется в местах ее концентрации. Концентрация древесины в заливах наблюдается на всех водохранилищах ГЭС Ангаро-Енисейского региона (АЕР). Сосредоточение древесной массы в заливах происходит под воздействием природных и антропогенных факторов.
На водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС, плавающая древесная масса собрана с основной акватории и сосредоточена в устьевых участках притоков, с удержанием его с помощью лесоз а-держивающих запаней. В результате установки запаней на акватории водохранилища и в его зал ивах образовались скопления древесной массы в объеме около 1 млн. м3 (Проект берегового хранилища ..., 1994). Такое размещение древесной массы улучшило условия эксплуатации ГЭС, но яв и-лось причиной изменения качество воды в зал ивах. По данным исследования ученых Красноя р-ского государственного университета качество
воды в заливах ухудшилось: увеличилось соде ржание аммонийного азота, нитритов, фосфатов, органического вещества, фенолов. По степени з а-грязненности вода в заливах оценивается как «сильно загрязненная», по состоянию биоты - как «слабо-умеренно загрязненная». В то же время в открытой части водохранилища вода по состо я-нию биоты оценивается как «достаточно -чистая». Скопление древесной массы провоцирует создание застойных зон в заливах, благоприятных для ра з-вития сине-зеленых водорослей.
Загрязнение воды в заливах может увеличиваться также за счет выноса загрязняющих в е-ществ с притоками. В таблице 4 показано кач ество воды р. Джойская-Сосновка и ее правого притока, в устьевом подтопленном участке, в которой ра с-положена лесозадерживающая запань.
Используя критерий безвредности для биолог и-ческого равновесия водоемов - отношение объемов древесины и воды (1:250) по графику (рисунок 2) можно определить зону безопасного соо тношения объемов древесины для Богучанской ГЭС (БоГЭС) . Расчет выполнен для полного объема водохранилища 58,2-109 м3 при отметке НПУ-208,0 м.
Поэтому, учитывая негативный опыт формир о-вания плавающей древесины в заливе Джойская Сосновка (Саяно-Шушенская ГЭС) объемом до 1 млн. м3, где вода оценивается как «сильно загря з-ненная», для БоГЭС и других создаваемых вод о-хранилищ, необходимо предусмотреть мер оприятия для самых неблагоприятных условий (форс -мажорных ситуаций), как вариант - распределение древесины по заливам в небольших объ емах.
В.П. Корпачев и др.: Влияние затопленной и плавающей древесной массы на водные объекты
Затопленные лесные ресурсы могут формировать запасы фенольных соединений. По данным работы И.Ф. Савченко и М.Н. Савченко (Савченко, 1999) древесина может дать от 0,00022 до 0,012 % фенолов. Выделение фенольных соединений зав и-сит от многих факторов: продолжительность нах о-ждения древесины в воде, температура воды, поро-
да древесины и т.д.
Так, например, в Зейском водохранилище, за 24 года эксплуатации, суммарный сток фенолов составил 5 тыс. т, т.е. в среднем 208,4 т в год.
На рисунке 3 представлен расчет формируемых в водохранилище БоГЭС минимальных и максимальных объемов фенолов.
Таблица 4 - Качество вод в ручье Джойская-Сосновка (измерения 1993 г.)
Место сбора проб Дата отбора Прозрачность, см Цветность, град. Взвешенные вещества, мг/л
1 2 3 4 5 6
Руч. Дж.-Сосновка (правый приток) выше хранилища древесины 31.05 27.07 29.09 34 38 26 90 70 72 5,5 9,4 6,0 0,8 2,9 4,9
Руч. Дж.-Сосновка (до впадения 31.05 51 38 7,0 1,0
правого притока) ниже хранилища 27.07 51 26 11,2 2,0
древесины 29.09 51 28 9,0 4,0
ПДК рыбохозяйственные - - - 20 - 28 <0,25
ПДК хоз.-питьевые - 20 орг 20 орг - <0,75
ПДК экологические - - - <20 <20
Класс качества - - - I I
Продолжение таблицы 4
рн Кислород мг/л % СО2, мг/л Жесткость общая, мг экв/л
7 8 9 10 11
7,30 11,74 94 4,4 0,39
6,65 10,14 93 6,6 0,51
6,85 11,87 100 7,2 0,79
6,65 11,39 93 3,5 0,57
7,45 9,39 90 3,5 1,01
6,30 10,68 97 8,8 1,01
6,5-8,5 >6 - - -
6,5-8,5 >4 - - 7,4
6,5-8,5 >8 90 - <15
I I I - I
Продолжение таблицы 4
Основные ионы, мг/л_Минерализация, ХПК, БПК5,
Са Мя нсо3 С1 804 102 1Ы03 мг/л мгО2/л мгО2/л
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
2,6 3,2 1,02 22,6 1,8 3,4 0,00 0,08 36,3 45,9 3,6
5,8 2,7 0,59 23,2 2,0 6,0 0,00 0,18 41,7 24,6 3,4
4,9 6,6 0,29 42,7 3,1 4,7 0,00 0,28 65,5 33,9 5,5
4,4 4,3 0,26 34,8 1,8 3,4 0,00 0,11 52,3 18,9 2,2
10,1 6,2 0,18 56,7 2,0 6,5 0,00 0,30 86,1 8,2 2,1
8,5 7,2 0,28 57,4 2,8 4,8 0,00 0,30 83,9 25,4 0,6
180 ст 40 ст 0,5 т - 300 ст 100 ст 0,08 т 40 ст - - 2,0
- - 2,6 ст3 - 350 орг4 500 орг4 3,3 ст2 45 ст3 1000 15 -
- - <0,1 - <50 <50 <0,007 <4,4 <300 15 <2,0
- - ГУ-Ш - I I I I I II II
Окончание таблицы 4
Фосфаты, мг/л Фосфор общий, мг/л 81, мг/л Бе общий, мг/л Фенолы, мг/л СПАВ, мг/л Нефтепродукты, мг/л Си, мкг/л гп, мкг/л
23 24 25 26 27 28 29 30 31
0,029 0,054 3,9 1,69 0,001 0,00 2,26 6,1 0,0
0,049 0,063 3,7 1,21 0,002 0,00 0,07 5,1 12,0
0,019 0,057 5,6 0,95 0,004 0,00 0,08 4,8 10,0
0,005 0,019 3,9 0,16 0,001 0,00 5,10 2,9 0,0
0,007 0,024 3,7 0,09 0,001 0,01 0,00 2,9 7,0
0,016 0,061 4,9 0,14 0,004 0,00 0,10 3,6 10,0
0,2 т - - 0,1 т 0,001 рб 0,1 ст 0,05 рб 1,0 т 10 т
1,1 орг3 <0,025 0,05 10,0 0,3орг3 <0,5 0,001 орг4 <0,002 0,5 орг4 0,00 0,1 орг4 0,000 10,0 орг3 <20,0 1000 орг <200
II-! II - II I VI I I
Рисунок 2 - Соотношение объемов древ есины и воды
2 3 4 тах
5 тт
8 9 10 11 12 Объем древесины, млн. т
Рисунок 3 - Зависимость поступления фенолов от объема древесины
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Очистка водохранилищ и рек от зато пленной и плавающей древесной массы представляет с обой сложный технологический процесс, требу ющий разработки специализированного оборуд ования с использованием стандартного оборудов ания, требует изучения динамических процессов на вод о-хранилищах, исследование перемест ительных операций в процессе освоения древесной массы.
Сложившаяся в большинстве регионов России непростая экологическая обстановка на водных объектах выдвинула на первый план проблемы управления, рационального использования водных
и лесных ресурсов, обеспечивающих жизнеде я-
тельность человеческого общества, животного мира
и живой природы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Борисовец, Ю.П. Освоение древесного сырья на акваториях водохранилищ Восточной Сибири и Енисейского залива / Ю.П. Борисовец. - М. : ВНИПИЭИлес-пром, 1987. - 36 с.
Борисовец, Ю. П. Охрана природы при лес осплаве / Ю.П. Борисовец. - М. : ВНИПИЭИлеспром, 1988. -20 с.
Влияние древесины на кислородный баланс водоемов : лекция для студентов спец. 1512, 0901, 0902, 0903, 0904, 0905, 0519 / В.А. Соловьев, М.Я. Гашкова,
A.С. Алексеев, А.Н. Ташев. - Л. : ЛТА, 1985. - 56 с.
Гусев, А.Г. Охрана рыбохозяйственных водоемов от з а-
грязнения / А.Г. Гусев. - М. : Пищевая пром-сть, 1975.-368 с.
Гусев, А. Г. Рыбное хозяйство и лесосплав / А.Г. Гусев, Л.А. Лесников. - М. : Легкая и пищевая промышле н-ность, 1983.
Корпачев, В.П. Методика прогнозирования поступления древесной массы при затоплении и эксплуатации в о-дохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского региона /
B.П. Корпачев, Л.И. Малинин, М.М. Чебых // Использование и восстановление ресурсов Анг аро-Енисейского региона : сб. научн. тр. Всесоюзн. нау ч-но-практ. конф. Т.П. - Красноярск, Лесосибирск, 1991.-С. 107-113.
Корпачев, В.П. Проблема загрязнения и засорения древесной массой рек и водохранилищ Ангаро -Енисейского региона / В.П. Корпачев [и др.] // Лесоэксплуатация. - 1995. - С. 7-17.
Остроумов, Н.А. Значение лесосплава в рыболовном хозяйстве северных равнинных рек / Н.А. Ос троумов // Доклады АН СССР, том Ь41, № 1. Гидробиология, М.-Л.- 1946.-С. 87-89.
Проект берегового хранилища извлекаемого из водохр а-нилища сырья. Саяно-Шушенская ГЭС на р. Енисей РАО «ЕЭС России АО Ленинградпроект», Санкт-Петербург, инв.№1047-8-263, 1994. -29 с.
Савченко, И.Ф. Экология дальневосточных водохранилищ: проблемы органического загрязнения / И.Ф. Савченко, М.Н. Савченко // Экология и промышленность России. - 1999. - С. 19-23.
Фоминцев, М.Н. Лесосплав и экология: обзор. информ / М.Н. Фоминцев, Т.В. Кулешова, Ю.В. Бородин. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1989. -32 с.
1600
1200
1000 'У
10000
6
7
Поступила в редакцию 25 января 2008 г. Принята к печати 27 августа 2008 г.
