И их учет при проектировании ГЭС

Проектирование гидроэлектростанций должно вестись на основе предварительно разработанных схем комплексного использования водных ресурсов речного бассейна, включающих природоохранные мероприятия и схемы энергетического использования водотока. Все вопросы размещения хозяйственных отраслевых объектов и объемов их водопотребления должны быть взаимоувязаны и согласованы. При отсутствии таких схем по какому–либо водотоку недопустимы проектирование и строительство частных объектов, использование водных ресурсов и освоение водосбора его бассейна.

Еще на стадии проектирования производственных, сельскохозяйственных, коммунально–бытовых предприятий и объектов на водосборах водохранилищ, прилегающих к ним участках и притоках необходимо провести модельные имитационно–оптимизационные расчеты для установления допустимого вклада этих объектов в загрязнение водотока и обоснования их, основных экологически приемлемых параметров.

При проектировании гидроузлов и водохранилищ (определении зеркала водохранилища и установления площади затопления) чрезвычайно важно сохранить поймы и пойменные земли, являющиеся, с одной стороны, исходной базой естественного и культурного кормовоспроизводства, а с другой – естественным биохимическим барьером реки, так называемым фильтром–очистителем. Решение этих вопросов достигается технико–экономическим обоснованием (ТЭО) выбора створа ГЭС, защиты пойменных земель путем обвалования и посредством специальных выпусков ГЭС и гидроузлов.

Перечень совершенных ошибок при строительстве ГЭС немал. Вот лишь несколько примеров, представляющих бедствия и экологические угрозы:

1. Новосибирская ГЭС отсекла большую часть нерестилищ, резко снизив промысловые уловы сибирского осетра (в 1999 году он занесен в Красную книгу России).

2. При строительстве Братской ГЭС в ложе водохранилища оставили строевую сосну, которая стала разлагаться, превратив водохранилище в мертвый водоем.

3. Сооружение на Енисее Красноярской и Саяно–Шушенской ГЭС привело к необратимым процессам: изменению микроклимата региона, нарушению водного и теплового баланса реки, созданию заторов льда во время ледохода по всей ширине реки.

4. Иркутская ГЭС построена в сейсмически активной зоне, катастрофическое разрушение ее плотины может привести к уничтожению ряда городов вдоль Ангары.

5. Многие города Сибири – Новосибирск, Красноярск, Иркутск и др. находятся ниже водохранилищ с высокими плотинами; природная катастрофа или диверсионный взрыв могут привести к мощному наводнению и разрушениям;

6. Постройка на Волге каскада гидроэлектростанций, превратили ее во многих местах в загнивающие озера.

Комплексная система охраны природы, предусматривающая ряд взаимоувязанных законов, порядок действия властных органов и субъектов хозяйства, а также систему ответственности и контроля, стала складываться в России только в 1980–х годах и ее формирование еще не закончено. Тем не менее, в стране уже разработана солидная законодательная база по регулированию земельных и водных отношений, по охране окружающей среды, по защите от вредных воздействий атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, объектов растительного и животного мира. Разработан механизм принятия решений по созданию различных объектов хозяйственной деятельности с учетом их воздействия на окружающую среду. Государственная экологическая экспертиза, действующая на основе федерального закона РФ «Об экологической экспертизе» от 18.12.2006 № 232–ФЗ, рассматривает проектные материалы, и только после ее положительного заключения может быть начато строительство любого объекта, включая гидроэнергетический объект.

Рассмотрим, как воздействуют гидроэнергетические объекты на окружающую среду, и какие меры следует принимать для ее сохранения.

Геологическая среда. Воздействие водохранилища на геологическую среду проявляется, главным образом, в виде волновой берегопереработки и развития подтопления на прилегающей территории. Эти процессы зависят от морфометрических особенностей долины водотока и свойств геологических пород, слагающих берега водохранилищ. После образования водохранилища возможна активизация отдельных геологических процессов, которые фиксировались на территории и до создания водохранилища. К таким процессам относятся оползни, обвалы, просадки.

При создании водохранилищ в районах вечной мерзлоты за счет отепляющего воздействия их воды происходит размораживание бортов и сползание в водоем крупных массивов береговой линии, если она сложена мягкими грунтами.

При создании гидроузлов с напором более 100 м в горной местности в сейсмически опасных районах возникают явления так называемой наведенной сейсмичности. Заключаются они в том, что по контуру водохранилища увеличивается частота землетрясений, при этом расчетная величина сейсмичности, как правило, не меняется.

В проектах ГЭС с водохранилищами современного поколения составляется прогноз их воздействия на геологическую среду. В рамках этого прогноза в зависимости от конкретных условий изучаются те или иные явления и их последствия, исследуется также возможное воздействие водохранилища на месторождения полезных ископаемых, расположенных в зоне его влияния. На основании таких прогнозов в проекте на базе технико–экономических расчетов принимаются решения о защите того или иного элемента геологической среды. Так, в проекте Нижнекамской ГЭС предусмотрены затраты на инженерную защиту месторождений нефти в Татарстане, в ТЭО Среднеенисейской ГЭС – инженерная защита Горевского полиметаллического месторождения.

Земельные ресурсы и наземные экосистемы.При создании водохранилищ и ГЭС происходит изъятие земель в связи с затоплением, волновой переработкой берегов, размещением объектов, выносимых из зон воздействия водохранилищ, а также для размещения основных сооружений, поселков строителей, производственных баз, карьеров, инженерных коммуникаций для строительства и эксплуатации гидроузлов.

Водохранилищами энергетического и комплексного назначения в Российской Федерации к настоящему времени затоплено порядка 4,5 млн. га земли, или около 0,3 % общего земельного фонда государства. Этот показатель в Канаде составляет 0,6 %, а в США – 0,8 %.

Устойчивой тенденцией отечественной гидроэнергетики является снижение площади затоплений, приходящейся на 1 млн. кВт∙ч вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Если в прошедшие годы этот показатель в среднем составлял примерно 11–15 га на 1млн. кВт∙ч, то по объектам, строящимся в настоящее время или намечаемым на ближайшую перспективу, он не превышает по общим затоплениям 6 га, в том числе: по затоплениям сельхозугодий 1 га, лесопокрытых площадей 5 га. Сравнивая эти удельные показатели с аналогичными по зарубежным объектам (общие затопления в США – 6,5, в Канаде – 6,9 га на 1млн. кВт∙ч), можно сделать вывод, что по изъятию земельных ресурсов современные отечественные комплексные гидроэнергетические объекты сопоставимы с зарубежными.

Уменьшение воздействия на земельные ресурсы достигается за счет разбивки участка водотока на ступени энергетического использования. Создание ряда средне– или низконапорных гидроузлов вместо одного с высокой подпорной отметкой позволяет сократить площади затопления в несколько раз.

Другим направлением уменьшения воздействия водохранилищ ГЭС на земельные ресурсы является инженерная защита земель. Так, на Нижнекамском водохранилище уже осуществлена инженерная защита земель общей площадью 19,9 тыс. га, из которых под сельхозугодья предназначается использовать 16,6 тыс. га. На Чебоксарском водохранилище осуществлена инженерная защита 10 массивов земель (низин) площадью более 30 тыс. га земель, в том числе более 15 тыс. га сельхозугодий. На этих низинах созданы системы водоотвода и водопонижения, обеспечивающие оптимальный водно–воздушный режим почв для получения высоких урожаев. Защищено 7 городов и 16 сел и деревень.

Защитными дамбами и берегоукреплениями на Чебоксарском водохранилище предотвращена переработка берегов на расстоянии более 200 км. Защищены памятники архитектуры и истории: в Нижегородской области – Макарьево–Желтоводский монастырь, основанный в 1435 году; в Чувашской Республике (г. Чебоксары) – Троицкий монастырь, храм Вознесения и Успенская церковь XVIII века; в Республике Марий Эл – Юринский (Шереметьевский) замок, церковь в Коротнях и др.

Для компенсации потерь и убытков, связанных с изъятием земель или утратой их свойств (зона подтопления), в сметах водохранилищ предусматриваются средства, которые определяются в соответствии с законодательными или директивными документами.

Животный мир.Воздействие гидроэнергетического объекта выражается в потере мест обитания за счет затопления и переработки берегов, изменении растительности в зоне подтопления, влиянии фактора беспокойства (коллектив строителей, карьеры, автодороги и т.п.). При проектировании водохранилища в специальном фаунистическом прогнозе определяются количественные показатели потерь животного мира, а также производится экономическая оценка этих потерь по специальным таксам.

Компенсационные средства, заложенные в смете водохранилища, в установленном порядке перечисляются соответствующим организациям, которые их реализуют на мероприятия по окультуриванию земель, улучшению их плодородия, на улучшение условий произрастания растений и на другие биотехнические мероприятия.

Водные экосистемы.Под воздействием водохранилища и работы ГЭС происходят определенные изменения в водной экосистеме. Речная экосистема уступает место озерной на участке водохранилища, а в нижнем бьефе, хотя и остаются речные условия, но и они существенно изменяются за счет перерегулирования стока. Все это в сочетании с природными условиями, а также со сложившимися на водотоке видами водопользования и принятыми в проекте мероприятиями по подготовке зоны водохранилища влияет в первую очередь на качество воды водохранилища и в нижнем бьефе.

В современных проектах водохранилищ составляется прогноз качества воды, где учитываются природные особенности водотока, влияние антропогенных источников загрязнения, внутриводоемных процессов (затопление почвы, древесины, торфяников и др.). Результаты прогноза качества воды представляются в виде гидрохимических и гидробиологических показателей. Оценка качества воды производится путем сравнения результатов прогнозов с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) различных ингредиентов, установленными соответствующими документами (санитарные нормы или нормативы Комитета по рыболовству РФ) для водоемов культурно–бытового или рыбохозяйственного использования.

По результатам оценки качества воды в проекте назначаются водоохранные мероприятия, которые в общем случае могут включать: санитарную подготовку зоны затопления; очистку от древесно–кустарниковой растительности; мероприятия по снижению поступления загрязнений от хозяйственных предприятий, населенных пунктов и с поверхностным стоком; организацию водоохранных зон; предотвращение заиления водохранилища.

В прошлые годы одним из наиболее болезненных вопросов подготовки зоны водохранилища была сводка древесно–кустарниковой растительности. Точки зрения у разных специалистов по этому вопросу были иногда прямо противоположными. Отдельные специалисты, главным образом из числа проектировщиков гидроузлов и близких к ним ученых, доказывали, что сводить нужно только товарный лес, а остальная древесина может быть затоплена. При этом делались ссылки на опыт создания Братского и Усть–Илимского гидроузлов, а также ряда водохранилищ Канады, где были затоплены значительные объемы древесины. Другая группа специалистов, представляющих мнение некоторых ученых–экологов, считала, что в зонах водохранилищ должна производиться полная лесоочистка без учета экономического фактора.

В настоящее время действующие санитарные нормы, регламентирующие требования к подготовке зон водохранилищ (СанПиН 3907–85), допускают возможность затопления части древесно–кустарниковой растительности, расположенной в зоне мертвого объема водохранилищ объемом более 10 млн. м³ при среднегодовом водообмене более 6 млн. м³.

Учитывая, что проблема сводки древесно–кустарниковой растительности разделяется на две части – экономическую (сводка реализуемого на рынке товарного леса) и экологическую (обеспечение качества воды и надлежащего санитарно–технического состояния водохранилищ) в проектах гидротехнических объектов современного поколения принимается следующая схема решения проблемы:

1) определяются объемы товарной древесины, реализация которой экономически обоснованна;

2) определяются объемы древесины, которая подлежит сводке на спецучастках (судовые хода, участки дна вблизи населенных пунктов, места промышленного лова рыбы и т.п.);

3) составляется прогноз всплывания древесины при ее затоплении, поскольку объем плавающей древесины не должен угрожать нормальной эксплуатации водохранилища;

4) полученные в результате изложенных выше расчетов объемы древесины, идущей под затопление, учитываются в виде источника загрязнений при прогнозировании качества воды.

Изложенный подход к решению проблемы позволяет сбалансировать экономический и экологический аспекты проблемы.

Степень очистки сточных вод на очистных сооружениях рассчитана на разбавление их естественными расходами реки. Расчеты, выполненные в рамках оценки воздействия на окружающую среду, показали, что если продолжать сбрасывать сточные воды в реку после создания ГЭС, разбавление загрязнений при сниженных расходах будет недостаточно и существует угроза превышения концентраций вредных веществ выше предельно допустимых.

Ихтиофауна.Воздействие гидроэнергетического объекта выражается в преграждении путей миграции проходных и полупроходных видов рыб, в изменении условий воспроизводства, в изменении кормовой базы, а также в возможной гибели рыбы в водозаборах ГЭС. При этом могут сократиться запасы ценных промысловых рыб, а в некоторых случаях и исчезнуть популяции тех или иных видов.

Для предотвращения этих нежелательных последствий в проектах современных ГЭС предусматриваются специальные мероприятия, включая строительство рыбопропускных и рыбозащитных сооружений.

В последние годы разработаны конструкции сооружений для пропуска рыб к местам нереста и нагула, искусственных нерестилищ различного назначения в водохранилищах и в нижних бьефах гидроузлов, рыбозащитных сооружений для предотвращения гибели молоди на водозаборах и водоприемниках. Кроме того, определяются мероприятия по направленному формированию ихтиофауны и кормовой базы водоемов, создаваемых при энергетических объектах.

При проектировании рыбопропускных и рыбозащитных сооружений необходимо следовать требованиям СНиП 2.06.07–87.

Рыбопропускные сооружения в нашей стране построены на гидроузлах Волги (Волгоградский, Саратовский), Дона (Цимлянский, Кочетовский, Константиновский, Николаевский), Кубани (Федоровский, Краснодарский), на Нижнетуломском гидроузле (Мурманская обл.) и на ряде других.

Следует отметить, что в России рыбоохранные требования более жесткие, чем в странах Европы и Северной Америки. За рубежом охраняются главным образом осетровые и лососевые виды рыб. В связи с этим на реках, где эти виды отсутствуют, никаких рыбоохранных мероприятий не предусматривается. В нашей стране при водохозяйственном строительстве охране подлежат практически все виды рыб.

Искусственное разведение рыбы, которое производилось на Нарвском, Лужском, Волховском и Свирском рыбзаводах, не смогло восстановить ни естественную численность, ни структуру популяций рыб, подвергшихся воздействию гидростроительства. Например, строительство и эксплуатация Волховской ГЭС полностью уничтожило ладожское стадо балтийского осетра и поставило такой вид, как волховский сиг, на грань исчезновения. Каскады двух Свирских и двух Вуоксинских ГЭС стали причиной внесения в Красную книгу РФ стад реликтового ладожского лосося и озерной ладожской форели. Нарвская ГЭС уничтожила природные стада нарвского (балтийского) лосося, кумжи и угря.

Микроклиматические последствия.Воздействие крупных водохранилищ на микроклимат прилегающих территорий проявляется, как правило, в некотором снижении экстремальных температур атмосферного воздуха. Незначительно снижаются летние максимумы (на 2–3°С) и повышаются зимние минимумы (на 1–2°С), кроме того, возможно локальное изменение влажности. Отрицательные последствия влияния на микроклимат проявились в нижних бьефах крупных высоконапорных ГЭС в Сибири (Красноярская, Усть–Илимская). Там при сбросе в нижний бьеф теплой воды в зимнее время на достаточно большом протяжении образуется незамерзающая полынья, которая вызывает туманы. Это, в свою очередь, негативно сказывается на условиях проживания населения.

Для борьбы с отрицательными последствиями микроклиматических изменений, которые проявляются в нижних бьефах глубоководных сибирских водохранилищ, разработаны конструкции специальных селективных водозаборов, позволяющих регулировать температурный режим воды в нижнем бьефе путем ее забора с различных глубин водохранилища и за счет этого сокращать длину полыньи. Планируется устройство таких водозаборов на перспективных гидроузлах, сооружение которых возможно на реках Восточной Сибири или Дальнего Востока.

Социальные последствия.Воздействие гидроэнергетического объекта на сложившуюся социальную обстановку района строительства обусловлено необходимостью переселять людей из зон затопления, подтопления, берегопереработки, неблагоприятных климатических или других условий, отрицательно сказывающихся на здоровье и жизнедеятельности населения. Кроме того, возможны изменения условий хозяйствования вследствие воздействия объекта на природную среду, а также в результате появления нового производственного объекта (ГЭС) и водного объекта (водохранилища), который открывает новые возможности для развития производительных сил и использования близлежащих сырьевых ресурсов. Определенное воздействие на социальную сферу оказывает появление коллектива строителей, особенно если он формируется из людей, не проживающих на данной территории.

За весь период гидроэнергетического строительства в России переселено около 880 тыс. человек, из них при создании Волжско–Камского каскада – 666 тыс. человек, Ангаро–Енисейского каскада – 164 тыс. человек и прочих гидроузлов – 50 тыс. человек.

Хорошо представляя, что процесс переселения людей с обжитых мест является одним из наиболее сложных в социальном отношении и болезненным мероприятием, проектировщики современных ГЭС стремятся максимально снизить количество переселяемых людей путем оптимизации подпорных отметок водохранилищ или организации инженерной защиты населенных пунктов.

Для переселяемого населения предусматривается строительство благоустроенных населенных пунктов, оснащенных современными инженерными коммуникациями и необходимым набором социально–культурных объектов. Кроме того, в проектах ГЭС в соответствии с действующими законами предусматриваются средства для компенсации стоимости сносимых строений, садовых насаждений и т.п.

В проектах современных ГЭС предусмотрен целый комплекс мероприятий, объединенных в специальный раздел «Социальная программа строительства», которые направлены на снятие социальной напряженности, уменьшение возможного негативного воздействия объекта на социальную сферу, а также на улучшение условий проживания местного населения.

Соблюдение современного законодательства по охране окружающей среды приводит к тому, что для затрат на подготовку зон водохранилищ и на природные мероприятия от общей суммы затрат по гидроузлу составляет от 20 до %, а по некоторым гидроузлам доходит до 70 %.

После наполнения водохранилища и ввода ГЭС в постоянную эксплуатацию по установившейся в России практике происходит межведомственное разделение функций. На водохранилищах комплексного назначения создаются управления по эксплуатации, которые являются, как правило, структурными подразделениями бассейновых водохозяйственных управлений Министерства природных ресурсов Российской Федерации. В соответствии с принятой схемой ГЭС становится промышленным предприятием по выработке электроэнергии и за использование водных ресурсов осуществляет платежи, размер которых устанавливается законом. За все экологические последствия, связанные с водохранилищем, несет ответственность управление по его эксплуатации. Для того чтобы учесть потребности различных водопользователей на водохранилище и в нижнем бьефе гидроузла, к моменту его пуска в эксплуатацию разрабатывается специальный документ – правила использования водных ресурсов водохранилища.

При разработке правил в обязательном порядке учитываются природоохранные и специальные санитарные требования. Все водопользователи обязаны получить лицензию на водопользование и неукоснительно соблюдать правила использования водных ресурсов водохранилищ. Гидроэлектростанция, являясь одним из водопользователей, также обязана иметь указанные документы. Контроль над соблюдением установленных в правилах и лицензии параметров осуществляется органами Госводконтроля Министерства природных ресурсов России, при этом на ГЭС контролируется: соблюдение установленных правил использования водных ресурсов; состояние системы учета стока: через агрегаты, водопропускные сооружения (водосливы, водосбросы, шлюзы и т.п.); фактические и установленные в лицензии величины протечек воды через неплотности элементов станции, фильтрационные расходы и расходы через дренажные системы; состояние системы учета, сбора и очистки замасленных стоков.

В связи с усилением требований к охране окружающей среды на действующих объектах гидроэнергетики, построенных в прежние годы, проводятся природоохранные мероприятия. Они сводятся в основном к установке самого современного оборудования, работающего практически без протечек масла, к совершенствованию системы сбора и очистки загрязненных производственных стоков. На ряде гидроузлов пересматривается режим использования водных ресурсов, исходя из интересов рыбного хозяйства (Волгоградский гидроузел), модернизируются рыбопропускные сооружения (Волховский гидроузел, проект реконструкции Цимлянского гидроузла).

В последнее время появилось понятие «экологическая безопасность». Наиболее строгое определение этого понятия дано в Законе России об охране окружающей природной среды № 5076–1от 02.06.93. Согласно этому документу, экологическая безопасность трактуется так: состояние защищенности жизненно важных экологических интересов человека, прежде всего, прав на чистую, здоровую, благоприятную для жизни окружающую природную среду. Если смотреть на водохранилища и гидроэлектростанции с этих позиций, то необходимо отметить, что работа ГЭС не сопровождается выбросом в атмосферу вредных веществ, а сбросы загрязнений незначительны и осуществляются в рамках действующих правил. Для работы ГЭС не нужно добывать и транспортировать топливо. ГЭС используют постоянно возобновляемый ресурс – движущуюся воду. Водохранилища, где бы они ни возводились, не вызывают природного отторжения и со временем вписываются в природный ландшафт, делая достаточно удобными для проживания его берега. Косвенно это находит свое подтверждение в том, что на берегах водохранилищ сейчас расположено очень большое количество крупных и средних городов, большое число здравниц, санаториев и баз отдыха. Даже в пределах Москвы есть Химкинское водохранилище, а Можайское, Истринское, Рузское водохранилища являются излюбленными местами отдыха москвичей и жителей Подмосковья. Наверное, можно согласиться с утверждением, что такое количество людей не будет жить и отдыхать около экологически опасных объектов. Строительство гидроэлектростанций и создание водохранилищ в мире не прекращается. Разные страны, даже обладающие значительными природными запасами органического топлива, строят гидроэнергетические объекты, стремясь максимально использовать энергетический потенциал своих водотоков. В России также имеются предпосылки для дальнейшего развития гидроэнергетики, особенно на Северном Кавказе, в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке.