8550
.pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Февралев А. В.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГИДРОУЗЛОВ И ВОДОХРАНИЛИЩ С ПРИРОДНОЙ СРЕДОЙ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям
для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 «Строительство»,
направленность (профиль) «Гидротехническое строительство»
Нижний Новгород ННГАСУ
2019
2
УДК 621.311
Февралев А. В. Взаимодействие гидроузлов и водохранилищ с природной средой [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / А. В. Февралев; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2019. – 22 с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
В пособии рассматриваются влияния водохранилищ на климат, атмосферный воздух, водные ресурсы и на прилегающие территории.
Кроме того, описывается влияние на животный мир и ихтиофауну.
Ключевые слова: водохранилище, окружающая среда, влияние.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по направлению подготовки 08.04.01 «Строительство», направленность (профиль) «Гидротехническое строительство»
© |
А. В. Февралев, 2019 |
© |
ННГАСУ, 2019 |
|
3 |
|
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение…………………………………………………………………… |
…. 4 |
|
1. |
Влияние на атмосферный воздух………………………………………… |
6 |
2. |
Влияние на климат ………………………………………….…………….. 7 |
|
3. Влияние на водные ресурсы……………………………………………… |
8 |
|
|
3.1. Изменение скорости ветра…………………………………………… |
8 |
3.2.Красноярская экология: эффект полыньи…………………………... 9
4.Влияние водохранилища на прилегающую территорию……………….. 11
4.1.Переработка берегов…………………………………………………. 11
4.2.Характеристика затоплений…………………………………………. 12
4.3.Накопление грунтового материала………………………………….. 14
|
4.4. Зарастание высшей водной растительностью……………………… |
14 |
|
4.5. Деформации русла и берегов в нижнем бьефе……………………... |
15 |
|
4.6. Формирование качества воды……………………………………….. 15 |
|
|
4.7. Евтрофикация водохранилища………………………………………. |
15 |
|
4.8. Гидробиологический режим…………………………………………. |
16 |
|
4.9. Зоны затопления……………………………………………………… |
16 |
5. |
Влияние на животный мир……………………………………………….. 17 |
|
6. |
Влияние водохранилищ на ихтиофауну………………………………… |
18 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………. 21
4
ВВЕДЕНИЕ
Возведение объектов гидроузла, образование водохранилища, их эксплуатация оказывают определенные воздействия на окружающую среду – атмосферу, водные объекты, земельные ресурсы, хозяйство, население. Эти воздействия проявляются как в верхнем, так и в нижнем бьефах; некоторые воздействия возникают одновременно с сооружением гидроузла, другие – в процессе эксплуатации, растягиваясь на десятилетия. Воздействия могут быть прямыми, вызываемые непосредственно созданием гидроузла и водохранилища, а также косвенными, когда их влияние опосредовано через другие проявления, например, в результате использования электроэнергии [1].
На рис. В.1 представлена общая схема взаимодействия гидроузлов с окружающей средой; ниже эти взаимодействия разбираются подробно.
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СОЗДАНИЕ ПОДПОРНОГО ГИДРОУЗЛА И ВОДОХРАНИЛИЩА |
|
|
|||||||||
ВЛИЯНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩА НА ПРИРОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ |
ВЛИЯНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОУЗЛА |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НА ПРИРОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СРЕДЫ |
|||
Изменение гидрологического и гидрогеологического |
Изменение гидрографии |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
режимов |
|
|
|
|
района влияния |
|
Изменение |
Преграждение |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рельефа, |
путей миграции |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
почвенного и |
|
водных |
|
Изменение гидроло- |
Изменение гидроло- |
Изменение гидрогео- |
Увеличение глубины |
Изменение конфигу- |
растительного |
организмов |
||||||||
покрова |
в результате |
|||||||||||||
гического режима |
гического режима |
|
логического режима |
воды, длины и |
рации водоемов в |
|||||||||
|
в результате |
|
создания |
|||||||||||
реки в пределах |
|
реки в нижнем |
|
территории, прилега- |
ширины зоны увели- |
пределах подпора |
строительных |
|
перепада |
|||||
подпора |
|
бьефе |
|
ющей к водохранилищу |
ченной глубины |
|
|
работ и добычи |
уровня воды |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стройматериалов |
|
|
|
|
|
Изменение ландшафта, рельефа, микроклимата, почвенного и |
|
СОЗДАНИЕ НОВЫХ ФАКТОРОВ РАЗВИТИЯ |
||||||||||
|
|
|
растительного покрова, биогеоценоза |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РАЙОНА ВЛИЯНИЯ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Создание |
Создание |
Улучшение |
|
|
Изменения в зоне подпора |
Изменения на приле- |
Изменения на прилегающей |
запаса воды |
акватории |
транспортных |
||||||||
|
уровня воды в реке |
|
гающей к водохранилищу |
к реке (в нижнем бьефе) |
для обводнения, |
для развития |
связей при |
|||||||
|
|
водоснабжения; |
рыболовства |
использовании |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
территории |
|
|
территории |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
создание |
и рекреации |
гребня |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напора для |
|
подпорных |
|
Изменение |
Затопление |
Изменение |
Изменение |
Изменение |
Повышение |
Незначитель- |
Изменение |
получения |
|
сооружений |
||||
гидророэнергии; |
|
|
||||||||||||
хозяйст- |
земельных |
условий ры- |
|
условий |
хозяйст- |
водообеспе- |
ные измене- |
условий без- |
|
|
||||
|
повышение |
|
|
|||||||||||
венной дея- |
и лесных |
|
боводства, |
сообщения |
венного ис- |
ченности |
ния условий |
опасной жиз- |
|
|
||||
|
водоотдачи |
|
|
|||||||||||
тельности |
ресурсов |
|
рекреации, |
|
между |
пользования |
источников |
хозяйствен- |
недеятель- |
|
|
|||
|
|
реки в нижнем |
|
|
||||||||||
в водоох- |
|
|
забора |
берегами |
подтоплен- |
грунтовых |
ной деятель- |
ности |
|
|
||||
|
|
бьефе |
|
|
||||||||||
ранной зоне |
|
|
воды и др. |
|
|
ных земель |
вод |
|
ности |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
водохрани- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лища |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Создание новых рабочих мест |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при строительстве гидроузла |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и эксплуатации ресурсов |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
водохранилища |
||
Рисунок В.1 - Взаимодействие гидроузла и водохранилища с окружающей средой |
|
|
1. ВЛИЯНИЕ НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ
Сооружение гидроузлов на реках и образование на них водохранилищ оказывает влияние на атмосферный воздух, однако это влияние незначительно.
Повышение загрязнение атмосферы образуется при строительстве гидроузлов за счет работы машин и механизмов с двигателями внутреннего сгорания, пыления при возведении грунтовых сооружений и рытье котлованов, движении транспорта, других менее значительных причин. По некоторым данным [2], выделение в атмосферу углекислого газа от изготовления материалов, строительных и монтажных работ при сооружении энергетических гидроузлов составляет 0,4 кг/кВт·ч, выделение СО2 при эксплуатации гидроузлов (с поверхности водохранилищ) – 0,008 кг/(кВт·ч), что является практически ничтожным.
7
2. ВЛИЯНИЕ НА КЛИМАТ
Водохранилища оказывают влияние на микроклимат прибрежной зоны [Прыткова, 1991]. Это влияние распространяется на расстояние до 1,5-2.0 км и зависит от площади водной поверхности и крутизны побережий: с увеличением ширины поверхности воды и угла наклона на побережье зона влияния увеличивается. Весной и летом отмечается охлаждающее влияние водохранилищ на прилегающую сушу, осенью – отепляющее.
Образование водной поверхности водохранилища приводит к увеличению испарения, что ведет к изменению относительной влажности воздуха над зеркалом воды. Сумма осадков над водоемом может уменьшаться на 8-10%, число ясных дней несколько увеличивается [3]. Над водным пространством водохранилища изменяются скорость и направление ветра. Скорость ветра увеличивается, ветровой поток разворачивается по длине долины реки. Данные [3] показывают, что увеличение скорости ветра над водной поверхностью может доходить до 100 %, при чем наиболее существенно увеличиваются ветры со скоростью до 3 м/с. в то же время примерно на 30% уменьшается количество штилей над водоемом.
8
3. ВЛИЯНИЕ НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ
Это влияние проявляется как в верхнем, так и нижнем бьефах.
Вверхнем бьефе происходят: изменение режима уровня воды; образование потерь на фильтрацию и дополнительных потерь на испарение; возникновение временных потерь на льдообразование; замедление скорости течения; увеличение высоты ветровых волн; отложение наносов (заиление); зарастание высшей водной растительностью; изменение химического состава вод; евтрофикация вод (увеличение мутности, образование сине-зелёных водорослей, повышение кислотности вод, неприятный вкус); изменение сроков ледостава и увеличение толщины льда.
Внижнем бьефе происходит уменьшение поступления наносов, размыв русла и берегов; изменение режима уровня воды; образование незамерзающей полыньи; изменение режима расходов воды из-за регулирования стока.
3.1. Изменение скорости ветра
Увеличение длины и ширины водной поверхности водохранилища приводит к увеличению длины разгона ветра, что в свою очередь дает возрастание высоты ветровых волн.
Ориентировочно скорость ветра обеспеченностью не менее 2 % можно определить по формуле
V=22(lgp)-0,235, м/с,
где p – обеспеченность в %.
При длине разгона волн 3-20 км максимальная высота волн не превышает 1,5 м с преобладанием высот 0,4-0,8 м.
Высота наката волны на откос может быть приближенно оценена по выражению
hНАК=0,565(n/m), м,
где m – заложение откоса; n – коэффициент шероховатости откоса.
9
На рис. 3.1 приведен ы обобщенные данные наблюдений за высотами ветровых волн.
Рисунок 3.1 - Зависимость высоты волны h от разгона L и скор ости ветра V
3.2. Красноярская экология: эффект полыньи
Проблема в том, что зимой в городе и ниже по реке образуется полынья, существенно ухудшает экологическую ситуацию; полынья — незамерзающая зимой часть Енисея от плотины вниз на 300−350 км.
До строительства плотины в Енисее летом можно было купаться, а зимой он замерзал. После строительства плотины вода в городе и на 300 км ниже и летом и зимой имеет положительную одинаковую температуру. Купаться летом невозможно, а зимой после плотины образуется эта самая по лынья. Это происходит потому, что, благодаря конструктивным особенностя м (забор воды к турбинам происходит на у ровне 40 м от среднего уровня воды в водохранилище), на лопасти турбин подается вода с одинаковой температуры, соответствующей этой глубине. Зи мой полынья «парит», обеспечивая высокую влажность и аэрозольную «доставку» загрязняющих атмосферу вредных веществ в
10
легкие человека, что многократно усиливает для людей негативный эффект загрязнения атмосферы.