УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Оценка экологических и экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к выпускной квалификационной работе
Уфа 2008
Содержание
Реферат
Введение
1. Экологические и экономические последствия строительства водохранилищ
1.1 Физико-географические условия формирования стока рек Республики Башкортостан
1.1.1 Гидрография речных систем. Реки Башкортостана
1.1.2 Речной сток
1.2 Анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан
1.2.1 Водохранилища: общие положения, типы и параметры
1.2.2 Влияние гидротехнических сооружений на режимы водотока
1.2.3 Зарегулированность стока рек РБ прудами и водохранилищами
1.2.4 Использование водных ресурсов рек в других хозяйственных целях
1.3 Экологические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ
1.3.1 Местные климатические изменения
1.3.2.Изменение состава атмосферного воздуха
1.3.3 Геологические условия, гидрогеологический и гидрогеохимический режимы прилегающих территорий
1.3.4 Изменения гидробиологического режима
1.3.5 Изменения животного мира
1.3.6 Изменения растительного мира
1.4 Экономические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ
1.4.1 Воздействие ГТС на земельные ресурсы
1.4.2 Воздействие ГТС на сельское хозяйство
1.4.3 Воздействие ГТС на рыбные ресурсы и рыбное хозяйство
1.4.4 Воздействие ГТС на судоходство
1.4.5 Воздействие ГТС на водоснабжение
1.4.6 Воздействие ГТС на рекреацию
1.4.7 Воздействие ГТС на социально – демографическую сферу
1.5 Разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ
1.5.1 Экологический сток
2. Правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области водных ресурсов
3. Оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа
3.1 Алгоритм расчета экологического стока
3.2 Проверка на однородность
3.3 Расчет экологического стока для рек Республики Башкортостан
Заключение
Библиографический список
Приложения
РЕФЕРАТ
Гидротехнические сооружения, водохранилище, водные ресурсы, водоток, речной сток, экологический сток, природопользование, рациональное использование водных ресурсов.
Целью дипломной работы является анализ экономических и экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ на примере Республики Башкортостан.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
· изучение гидрографии речных систем РБ;
· анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан;
· анализ экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;
· анализ экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;
· разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ;
· обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов;
· оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.
В дипломной работе представлен анализ воздействия на водные ресурсы зарегулирования речного стока водохранилищами: экономические и экологические аспекты. Выполнен обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов, а также проведена оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа. Пояснительная записка 97 стр., рисунков 7, таблиц 9, библиографический список 33 источника
ВВЕДЕНИЕ
Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли. Известный русский и советский геолог академик А. П. Карпинский говорил, что нет более драгоценного ископаемого, чем вода, без которой жизнь невозможна.
Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4262 км3, из которых около 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общего объема речного стока.
Конец XX – начало XXI вв. характеризуется значительными темпами освоения гидроэнергоресурсов и переходом от строительства преимущественно крупных водохранилищ энергетического назначения к средним и даже малым. Сегодня не так уж много рек, на которых не было бы хоть одного водохранилища. На сегодняшний день в России построено и находится в эксплуатации свыше 3 тыс. водохранилищ.
Социально-экономический аспект: интенсивное гидростроительство объясняется тем, что водохранилища объективно нужны для развития общества, для удовлетворения его потребностей в воде, в продовольствии, энергии, отдыхе, в борьбе с наводнениями и т.д., то есть для повышения качества жизни и создания материальных благ. В то же время создание водохранилищ и регулирование ими стока значительно преобразует естественный гидрологический режим реки, что влечет за собой изменения и многих других природных процессов и условий.
Влияние водохранилища на окружающую среду может проявляться чрезвычайно разнообразно: прямо или косвенно, может быть положительным или отрицательным, постоянным и временным, нарастающим, одинаковым по годам и затухающим.
Экономические и экологическиеаспекты: строительство водохранилищ имеет позитивные и негативные последствия, однако следует отметить, что значительные или заметные изменения в окружающей среде вызывают преимущественно крупные и некоторые средние водохранилища. Влияние небольших и малых водохранилищ на природу и хозяйство территории обычно невелико, а нередко и положительно.
Позитивная сторона довольно ясна: производство энергии, водоснабжение промышленных центров, ирригация и улучшение условий для водного транспорта, рекреация и др.
Негативная сторона довольно многообразна: развитие ветровой абразии, переработка берегов водохранилищ и их трансформация, заболачивание новых территорий в результате подтопления их водохранилищем, изменение термического и ледового режимов, изменение уровневого и скоростного режимов, отчленение плотиной нерестилищ проходных и полупроходных рыб и др.
Создание гидроузлов с водохранилищами большого объема приводит к различным изменениям окружающей среды. К ним относятся местные климатические изменения, изменения состава атмосферного воздуха. Зарегулирование стока и создание водохранилищ оказывают существенное влияние на формирование и режим водотока, что ведет за собой изменения жизни населения в области строительства водохранилища. Так появление водохранилищ приводит, с одной стороны к затоплению привычных мест отдыха людей, с другой стороны, создает условия, способствующие строительству и эксплуатации лечебно – оздоровительных предприятий – турбаз, санаториев, пансионатов, спортивных лагерей. Также строительство гидротехнических сооружений оказывает существенное влияние на социальную сферу. Население территорий, попавших в зону затопления, вынуждено покидать привычные места проживания, с другой стороны строительство гидроузлов ведет за собой создание новых рабочих мест, развитие социальной инфраструктуры.
Таким образом, строительство гидротехнических сооружений оказывает влияние на окружающую природную среду и значительно сказывается на жизни населения прилегающих территорий. Поэтому проблема строительства и эксплуатации водохранилищ на сегодняшний день является весьма актуальной.
В связи с этим целью дипломной работы является анализ экономических и экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ на примере Республики Башкортостан.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
· изучение гидрографии речных систем РБ;
· анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан;
· анализ экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;
· анализ экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;
· разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ;
· обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов;
· оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.
Речной сток
Речной сток любой территории представляют собой расходную часть водного баланса, характеризуется перемещением воды в процессе Мирового влагооборота в виде стекания по речному руслу. На водосборе, кроме речного стока, наблюдаются также склоновый и подземный стоки. В свою очередь, склоновый и русловый стоки называются поверхностным стоком .
Анализ пространственной и временной изменчивости руслового (речного) стока, отражает присутствие важного гидролого-географического показателя, определяющего количество водных ресурсов в водных объектах, а также их экологическое и водохозяйственное значение. Таким образом, он представляет собой количество воды, протекающее в русле за какой-либо промежуток времени [1].
В практике гидрологических и водохозяйственных расчётов выделяются: слой, модуль, объём стока, а также расходы (срочные, среднесуточные, среднемесячные, среднегодовые, максимальные, минимальные и др.) воды.
Слой стока – это количество воды, равномерно распределённой по площади (в мм) водосбора за определённый промежуток времени.
Модуль стока отражает количество воды, стекающей с единицы площади водосбора за единицу времени, выражается в л /сек км2. Показатели слоя и модуля стока независимы от площади водосбора, потому их удобно отражать на картах в виде изолиний.
Расход воды представляет собой количество воды, протекающей через живое сечение русла (потока) за единицу времени, выражается в л /сек. (или куб. м/ сек.).
Объём стока - это количество воды, протекающей через расчётный створ за определённый промежуток времени. Между расходом (Q) и объёмом (W) воды, протекающей за какой-либо период времени (t),существует связь, которая выражается в виде:
W = Q · t.
Следует отметить, что показатели расходов и объёмов воды по любому расчётному створу (или территории) отражают величины водных ресурсов, потенциально возможных для использования в хозяйственных целях. В ряде случаев в практике водохозяйственных расчётов к водным ресурсам территории относят запасы поверхностных и подземных вод, понимая при этом величину годового стока. Однако любой водный объект в природе, в том числе и реки, представляют собой не только то или иное количество имеющейся воды. Они образуют неотъемлемую часть ландшафта, а количественные и качественные характеристики природных вод жизненно необходимы живым организмам, в том числе гидробионтам, представленным различными видами, группами и классами, обитающими в водных объектах. Таким образом, при таком подходе под природными водными объектами следует понимать аквальные комплексы, сформировавшиеся на суше в определённых физико-географических условиях в результате аккумуляции воды и характеризующиеся специфическими особенностями. Они представляют собой открытую систему, состоящую из абиотических компонентов и биоты. Абиотические факторы (солёность, прозрачность, температура, количество воды, наличие растворённого кислорода газов и др.), а также их изменчивость во времени являются предпосылкой для развития в них соответствующих экосистем, состоящих в целом из сообщества живых организмов и среды их обитания, объединённых в единое функциональное целое. Целостность в них формируется на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами.
Исходя из этих точек зрения, в реках следует выделять (в составе речного стока) экологические (максимальные и минимальные) расходы воды, а также естественные эксплуатационные ресурсы. При этом следует понимать, если экологические расходы необходимы для сохранения экосистем, то естественные эксплуатационные расходы воды, как разница между общими показателями стока и экологическими расходами воды, могут быть использованы в хозяйственных целях без существенного ущерба водным экосистемам.
Наблюдения по рекам РБ заметно дифференцируются. Так, если большие и средние реки обеспечены надежной гидрометрической сетью и продолжительностью наблюдений, то на малых реках функционируют лишь единичные посты.
В пределах Башкортостана первые гидрометрические наблюдения организованы на реке Белой: у г. Уфы в 1877 г., у г. Бирска и с. Андреевки – 1880 г. На реках Ашкадар (г. Стерлитамак), Уфа (с. Караидель, пгт. Красный Ключ) и Сим (г. Аша) водомерные посты действуют соответственно с 1911, 1912, 1914 гг. Из значительного количества станций и постов, действовавших в различное время, наиболее продолжительные ряды наблюдений имеются по рекам Урал, Сакмара, Бол. Ик, которые в совокупности с сетью наблюдений и на остальных притоках позволяют раскрыть особенности гидрологического режима рек с достаточной надежностью [1].
Изменения животного мира
Особенностью влияния гидростроительства на природные комплексы и их компоненты является создание в пределах территории влияния новых экосистем, которые имеют иной качественный и количественный уровни круговорота веществ в природе.
Создание водохранилищ, каналов и т.п. коренным образом изменяет местный ландшафт. Это может отрицательно повлиять на привычный образ жизни и рефлексы животных: сезонные пути их миграции, изменение мест водопоя, условия их зимования, поисков пищи и т.п. В совокупности с изменениями климата изменения ландшафта могут привести к ухудшению условий гнездования птиц, повлиять на пути перелетных птиц. Зимние затопления пониженных территорий (обычно в дельтах зарегулированных рек) неблагоприятно сказываются на местах обитания мелких животных.
Интенсивность влияния факторов гидростроительства на природные комплексы и их компоненты на разных этапах строительства и эксплуатации неодинакова. Выделяется четыре основных периода (или стадии) влияния гидроузлов на окружающую среду:
· период строительства - от начала стройки до наполнения водохранилища до НПУ;
· заселение природных комплексов в первые десять лет существования водохранилища;
· созревание фаунистических и флористических компонентов природных комплексов во второе десятилетие существования водохранилища;
· стабилизация природных комплексов на территории влияния, наступающая обычно спустя 20 лет после наполнения водохранилища.
Следует учитывать также необходимость зонирования всей территории, на которую распространяется влияние гидроузла, на три основных участка, имеющих свою специфику:
· район расположения основных сооружений и окружающей хозяйственной инфраструктуры;
· водохранилище (верхний бьеф);
· нижний бьеф.
Многообразие видов животных определяет разную их реакцию на те или иные проявления влияния гидросооружений на окружающую среду.
При оценке воздействия гидротехнического строительства на животный мир должны учитываться следующие основные тенденции:
1. Снижение биологического разнообразия. Речные долины (пойма) являются зоной повышенного биотопического и видового разнообразия. Создание водохранилища может вызвать исчезновение уникальных экосистем и отдельных видов в зоне влияния водохранилища.
Высока вероятность деградации и потери целого ряда популяций животных, находящихся на пределе распространения. Снижение биоразнообразия может происходить не только за счет исчезновения редких видов, но и за счет исчезновения некоторых фоновых видов.
2. Снижение биологической продуктивности на склонах побережий водохранилища. Появление водохранилища во многих случаях приводит к разобщению кормовых и защитных станций. Этот фактор, наряду с затоплением долинных мест обитаний, усилением браконьерства и охоты на хищников, а также увеличением частоты гибели животных от травм, может явиться одной из основных причин снижения численности животных на склонах побережий водохранилища.
Частичное восстановление биопродуктивности возможно только при условии проведения определенного комплекса природоохранных мероприятий.
3. Вынужденные концентрации млекопитающих в районах выклинивания подпора водохранилища на реке и ее притоках. Потребность в восполнении утраченных и нарушенных природных комплексов, имевших в своем составе долину относительно крупной реки, животные будут пытаться восполнить за счет сохранившихся долин и каньонов. На притоках будет отмечаться тенденция к формированию зон повышенной численности и миграционной активности большинства видов млекопитающих.
Сохранившиеся после заполнения водохранилища долины могут способствовать стабилизации и частичному восстановлению нарушенных экосистем, в том числе сохранению биологической продуктивности. Для объективной оценки состояния экосистем необходимо проведение экологического мониторинга, который позволит получить ряд многолетних наблюдений, характеризующих длительный цикл воздействия гидростроительства на фауну рассматриваемой территории.
Для каждого типа мест обитаний животных в пределах территории влияния гидростроительства составляются списки видов, определяется их численность. Биомасса животных разных видов до гидростроительства является базовой и для прогнозирования изменений в сообществах в разные периоды функционирования гидросооружений.
Выявление разницы в биомассе животных в условиях изменившейся экосистемы в сравнении с предшествующими первичными экосистемами до создания гидроузла является основным принципом расчета ущербов.
Различают качественный и количественный ущерб животному миру в пределах территории влияния гидроузла.
Количественный ущерб - влияние гидростроительства на круговорот вещества в экосистемах за счет изъятия определенной биомассы животных как компонента природных комплексов. Показателями ущерба являются:
· полное изъятие части популяции видов, населявших зоны затопления, переработки берегов и сильного подтопления водохранилища;
· недополучение вторичной продукции в виде молодых особей.
Количественная сторона ущерба может быть представлена в стоимостном выражении. В основном, расчет ущерба, наносимого в результате гидростроительства, относится к наземным позвоночным животным. Стоимостная оценка биомассы дается для различных групп животных и отражает их потребительскую стоимость в зависимости от хозяйственного использования и значения для экономики. Выделяют три основных группы видов:
· охотничье-промысловые;
· редкие и исчезающие виды, занесенные в Красную Книгу;
· хозяйственно неиспользуемые.
Качественная сторона ущерба животному миру при гидростроительстве заключается в нарушении биоразнообразия сообществ:
· в снижении видового разнообразия;
· в изменении структуры сообществ;
· в переходе массовых и обычных видов в категорию редких и исчезающих.
Качественный ущерб может быть выражен только в экологических понятиях.
Эколого-экономический ущерб животному миру на территории влияния гидроузла определяется как сумма ущербов в различных зонах влияния. Если ущерб обусловлен деятельностью, изменяющей среду обитания животных и приводящей к нарушению воспроизводства популяции, то размер компенсационных выплат устанавливается с учетом всей территории, испытывающей негативное влияние на все время этого влияния.
Порядок оценки эколого-экономического ущерба, нанесенного животному миру в результате гидростроительства, определяется с использованием Методики [29].
Изменения растительности
Использование земли для строительства гидротехнических сооружений и создания водохранилищ приводит к отчуждению и сокращению площадей, занятых растительностью (луговой, кустарниковой, лесной и т.д.), а также к изменению условий произрастания растительности на территории, подверженной влиянию гидроузла. Изменение влажности и гидрохимического состава почв, изменение климатических условий вблизи водохранилищ и их нижних бьефов может оказать заметное влияние на интенсивность развития растений, создать благоприятные условия для одних видов и неблагоприятные для других. Эти вопросы должны найти отражение при анализе воздействия ГТС на окружающую среду.
Процессы, происходящие на прибрежной зоне водохранилища (подтопление, переработка берегов, изменение микроклимата), их масштабность и разнонаправленность будут влиять на изменение характеристики биологического разнообразия - численность и качество экологически консервативных представителей биоты, особенно на популяции редких и исчезающих видов растений, которые острее других компонентов биоты реагируют на природные и антропогенные воздействия. Так в результате подтопления и изменения микроклимата растительный покров меняется в сторону мезофитизации и гигрофитизации. В целом создание водохранилищ может оказать впоследствии негативное влияние на генофонд, особенно редких видов растений, которые окажутся в зоне его воздействия. Однако имеются примеры и положительного влияния изменения климата на прирост лесов в различных природных зонах.
В нижнем бьефе в результате зарегулирования стока изменяются условия, формирующие почвенный покров и пойменную растительность. Формирование естественных лугов и их качество (краткопоемные, среднепоемные, долгопоемные) обусловлено частотой и продолжительностью затопления весной, степенью выраженности аллювиального процесса, что тесно связано с рельефом местности, высотным расположением лугов в долине реки, климатическими условиями района. Одним из характерных примеров изменения условий служит рассмотренный в процесс преобразования русловых побочней в пойму, обусловленный регулированием стока и трансформацией русла.
Вследствие снижения паводковых расходов происходит осуходоливание (обезвоживание) пойменных земель. Одновременно с этим за счет снижения продолжительности затопления улучшается режим увлажнения земель, расположенных ниже зоны осуходоливания, происходит снижение частоты и продолжительности затопления поймы, что приводит к трансформации поемности лугов (в сторону увеличения суходольных и краткопоемных) более низкого кормового качества.
Обезвоживание отрицательно влияет на пойменные заливные луга (сенокосы и пастбища), расположенные в пределах горизонта паводка 25% обеспеченности. Однако для некоторых природных зон этот фактор может носить и положительный характер, например, снижение пойменной заболоченности при регулировании стока на участках нижнего бьефа Колымской и Усть-Среднеканской ГЭС.
Изменение водного режима реки в результате зарегулирования стока может привести к сокращению площади поймы, инициировать изменение сложившегося в предшествующий период динамического равновесия в направлении формирования нового равновесного состояния пойменных ландшафтов (во многих случаях с преобладанием процессов облесения) в соответствии с изменившимся комплексом факторов поймообразования.
Изменения первичных экологических режимов пойменного комплекса затрагивают все его составляющие: луга, болота, древесно-кустарниковые сообщества, прибрежно-водные сообщества.
Изменение в растительном покрове поймы нижнего бьефа происходит и в результате срезки уровней в период летне-осенних наводнений (в основном это положительное влияние), что должно также учитываться при прогнозировании водного режима зарегулированных водотоков.
Зимние затопления поймы и образование на ней наледей с вероятностью повторения более 25% ведут к деградации растительного покрова в болотный (гигрофиты) тип с низкой хозяйственной и биологической ценностью.
Образование в нижнем бьефе в зимний период полыньи и изменение микроклимата в прибрежной полосе (повышение влажности и температуры, появление туманов) также может оказывать угнетающее влияние на растительный покров прибрежных территорий.
При определении влияния гидротехнического строительства на растительность следует прогнозировать возможные изменения, которые касаются:
· флористического разнообразия растительности;
· количества основных (преобладающих), а также редких и исчезающих видов растительности;
· ареалов распространения различных видов растительности;
· структуры растительного и почвенного покрова на различных участках местности в зоне воздействия объекта;
· соотношения площадей, занятых различными видами растительности;
· границ растительных сообществ и размеров участков, подвергающихся подтоплению, заболачиванию, иссушению.
Для снижения неблагоприятного воздействия на растительность в проекте строительства гидроузла должны намечаться мероприятия по сохранению редких и исчезающих видов растительности (перенос на другие участки, сбор семян и др.).
В существующей практике прогноза преобразования пойменного комплекса в нижнем бьефе в результате строительства гидроузлов при удовлетворительной прогнозируемости долгосрочных изменений имеются затруднения в предсказании краткосрочных процессов (на 10-15 лет), что связано с отсутствием необходимых материалов о состоянии компонентов экосистем и процессах их эволюционных и циклических изменений.
Экологический сток
При установлении нормативов предельно допустимого изъятия речного стока нет единого подхода, и ключевой является задача определения величины "критического" стока воды, не обеспечение которого негативно сказывается на речной экосистеме, т.е. вызывает ее деградацию. На данный момент степень предельно допустимого истощения водных ресурсов (ПДИ) экологически не обоснована и не имеет официальных нормативов.
В качестве экологического критерия, регламентирующего безвозвратное изъятие водных ресурсов из водотоков, целесообразно использовать значение экологического стока. Под экологическим стоком понимается режим речного стока, необходимый для поддержания экологической целостности речных экосистем (Фащевский Б.В., 1993; Дубинина В.Г., 2002; Маркин В.Н., 2003; Dyson et al ., 2003; Владимиров А.М., Орлов В.Г., 2005; Данилов-Данильян В.И., 2006; и др.).
Для сохранения водных экосистем необходимо ограничить допустимую степень регулирования определенными рамками в виде соответствующей величины стока, названного экологическим. При этом количественная оценка экологического стока, базируется на оценке взаимосвязи элементов гидрологического режима и биоценозов поймы русла.
Термин "экологический сток" подразумевает внеэкономический подход. Экологический сток учитывает фазы развития водного режима и включает и весеннее половодье, и дождевые паводки, и летнюю и зимнюю межени. При этом использовать термин "минимальный" (необходимый, допустимый и т.п.) представляется недопустимым, т.к. остаточный экологический сток весеннего половодья и дождевых паводков в год 25%-ной обеспеченности принимается равным естественному стоку 50%-ной обеспеченности. Поэтому о минимуме говорить не корректно.
Экологический сток учитывает весь природный комплекс речных систем – рыбу, луга, леса, птиц, млекопитающих, поэтому отпадает необходимость говорить о сельскохозяйственных, рыбохозяйственных и т.п. расходах (попусках), обеспечивающих необходимые глубины, скорости, затопление поймы и т.п [30].
Анализ кривых связи урожайности пойменных лугов, воспроизводства фито- и зоопланктона, донных беспозвоночных и уловов рыбы со сдвигом на срок достижения промыслового возраста, воспроизводства околоводных млекопитающих и птиц с гидрологическими характеристиками показывает, что для средних и крупных рек минимум продуктивности приходится на очень маловодные и очень многоводные годы, а по мере приближения к среднему по водности году воспроизводство всех видов организмов нарастает и достигает максимума. Следует при этом помнить, что этот вывод относится к средним многолетним кривым, а в отдельные годы могут наблюдаться отклонения в ту или иную сторону от средней.
Слабое затопление или незатопление поймы в весенне-летний период приводит к снижению площади кормовых угодий и кормовой базы всех видов рыб (т.к. пойма является основной фабрикой кормов всех гидробионтов), что ведет к резкому снижению их воспроизводства. Маловодье осенне-зимнего периода нарушает условия нереста литофильных рыб, особенно в период ледостава отмечается заморы и перемерзание нерестовых бугров осенне-нерестующих видов. Отсутствие затопления поймы снижает урожайность луговой растительности и ухудшает условия воспроизводства водоплавающих птиц и млекопитающих (снижение кормовой базы, ухудшение условий гнездования и т.п.).
Таким образом, на кривой обеспеченности гидрологических характеристик (объемов половодья, сроков затопления, среднего уровня за половодье, глубины межени и др.) выделяются предельные значения величин соответствующей частоты повторения, которые могут быть обозначены как красные линии – 0,1 и 99,9 %. Действительно, хорошо известно, что в течение ближайших 1000 лет необратимых изменений в большей части речных и озерных экосистем в естественных условиях развития природы (без воздействия человека) не произошло, т.е. имели место катастрофически многоводные и катастрофически маловодные годы, очень многоводные и очень маловодные (5-10 % и 90-95 % обеспеченности, повторяющиеся иногда 2 года подряд). Однако по мере дальнейшего повторения лет, близких по водности к среднему (40-60 % обеспеченности) с учетом внутригодового режима, экосистема восстанавливалась в исходное состояние. В этом случае устойчивость экосистемы, ее гомеостаз обеспечиваются ритмическими колебаниями гидрологических характеристик по вертикали (по величине), по горизонтали (по времени внутри года) и по частоте (по времени от года к году).
Устойчивость или надежность геосистемы оценивается вероятностью его безотказного функционирования в течение длительного периода времени в определенных граничных условиях. Устойчивость речных геосистем (экосистем) зависит от устойчивости ее отдельных компонентов. В естественной природе надежность функционирования геосистем (экосистем) приближается к 100%, однако никогда не достигает этой величины вследствие того, что и в естественной обстановке существуют природные катаклизмы (катастрофы) – землетрясения, селевые паводки, вулканическая деятельность, подвижки ледников, катастрофические засухи и др.
Учитывая, что надежность и устойчивость эко- и геосистем базируется на вероятностных процессах, описываемых кривыми распределения, кривая распределения в этом случае описывает некую систему, способную сохранять устойчивость в пределах колебаний от 0,1 до 99,9%-ной обеспеченности. Подтверждением этому служат сравнительные данные параметров кривых распределения (обеспеченности), характеризующих речной сток (половодья, паводков, межени), кислородный режим, урожайность лугов, уловы рыбы, урожайность сеголеток рыбы, биомассу и численность зоопланктона, добычу шкурок и др.
Нижний предел допустимых изменений может расцениваться по степени равноущербности компонентам живой природы в расчетные по водности годы. Известно, что для большинства рек в период весеннего половодья в годы 95%-ной обеспеченности поймы их не затапливаются. Аналогичная картина наблюдается в половодье и в годы 99%-ной обеспеченности [30].
В целом годовой сток 99%-ной обеспеченности соответствует вековым запасам водных ресурсов в речной системе. Аналогично в озерах уровень 99%-ной обеспеченности соответствует вековым запасам воды в озере.
Верхним пределом, соответствующим наиболее благоприятным экологическим уровням жизни реки является год 95%-ной обеспеченности по водности. Таким образом, относя 50%-ный естественный сток к 25% обеспеченности экологического стока и 99%-ный естественный сток к 95% экологического и соединив их логнормальной кривой на клетчатке вероятностей, мы получаем кривую обеспеченности экологического стока [30].
Следует отметить, что речной сток, выражаемый расходами воды в оставляемых ниже створах регулирования и изъятия водных ресурсов для охраны природы несет в себе большую смысловую нагрузку, чем только количество воды. Поэтому экологический сток служит комплексным показателем, учитывающим все перечисленные выше гидрологические характеристики.
Проверка на однородность
Для расчета экологического стока используются ряды гидрологических наблюдений за расходами воды (Q) за многолетний период (Т), которые подвергаются статистической обработке. Ее проведение предполагает однородность исходных величин и их случайный характер. Если степень случайности определяется естественными причинами, то нарушение однородности значений временных рядов зависит в основном от искусственных факторов. Поэтому в условиях активного антропогенного воздействия на водный режим, необходим анализ однородности исходной гидрологической информации. Анализ однородности временных рядов может проводиться графически и заключается в построении суммарных кривых связей вида ΣQ=f(T). Основное их свойство заключается в том, что при неизменном режиме колебаний гидрологических характеристик суммарная кривая является осредненной прямой линией, при нарушении режима она отклоняется от прямой под углом [31].
При проведении графического анализа по 4 постам рек Башкортостана, на которых расположены крупнейшие в республике водохранилища (рис. 3),
ü р. Уфа – с. Верхний Суян.
ü р. Уфа – створ Павловской ГЭС,
ü р. Белая – г. Уфа,
ü р. Белая – г. Бирск,
Рисунок 3 – Схема распределения исследуемых постов.
После анализа однородности строятся кривые обеспеченности среднегодовых расходов воды (м3/с) по исследуемым постам, значения обеспеченности для которых рассчитывается по формуле:
,
где p – вероятность превышения величины стока в процентах;
m – порядковый номер величины среднегодового расхода воды в ранжированном по убыванию ряду;
n – общее количество членов убывающего ряда расхода воды.
Таким образом, строятся три кривые внутригодового распределения стока:
· естественный (до строительства гидроузлов);
· экологический (согласно вышеприведенному методу от естественного);
· измененный (после строительства водохранилища).
Заключение
1. На основе литературного обзора следует вывод, что, создавая плотины и водохранилища для получения энергии и решения проблем водного хозяйства, человек неизбежно и сознательно идет не только на изменение природной среды, активное вторжение в окружающую природу, и это вторжение влечет за собой перестройку экосистемы на определенной территории, но и на создание нового потенциально опасного объекта.
Строительство водохранилищ имеет позитивные экономические и негативные экологические последствия, включая потенциальную опасность для населенных пунктов, лежащих на прилегающих к водохранилищу территориях. (Однако следует отметить, что значительные или заметные изменения в окружающей среде вызывают преимущественно крупные и некоторые средние водохранилища. Влияние небольших и малых водохранилищ на природу и хозяйство территории обычно невелико, а нередко и положительно.) Позитивная сторона довольно ясна: производство энергии, водоснабжение промышленных центров, ирригация и улучшение условий для водного транспорта, рекреация и др.
Негативная сторона довольно многообразна и основана на реальном опыте:
1. В верхнем бьефе:
§ развитие ветровой абразии;
§ переработка берегов водохранилища и их трансформация;
§ заболачивание новых территорий в результате подтопления их водохранилищем;
§ изменение качества вод (содержание растворенного кислорода, эвтрофикация и т.д.);
§ изменение термического и ледового режимов;
§ аккумуляция в донных отложениях токсичных веществ;
§ изменение уровневого и скоростного режимов;
§ отчленение плотиной нерестилищ проходных и полупроходных рыб.
2. В нижнем бьефе:
§ переосушение поймы в результате изменения водного режима;
§ изменение качества вод;
§ увеличение эрозионной способности благодаря осветлению воды в верхнем бьефе;
§ изменение термического и ледового режимов;
§ уменьшение частоты формирования руслоформирующего и поймоформирующего расходов;
§ изменение местных климатических условий (увеличение влажности, скорости ветра и т.п.).
3. Произведена оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.
В результате анализа рассчитанных значений экологического стока рек РБ, выявлено, то, что строительство Павловского гидроузла вызвало гидроэкологические изменения в нижнем бьефе, а именно на р. Уфа в створе с. Верхний Суян и ПГЭС, а также на р. Белая в створе г. Уфа, где в результате строительства Павловского водохранилища не обеспечивается экологический сток в весеннее – летний период.
Также было выявлено, то что это строительство не повлияло на экологический сток р. Белой в створе г. Бирск. Это связано с тем, что г. Бирск находится на довольно большом расстоянии от ПГЭС.
Библиографический список
1. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана. – Уфа: "Китап", 2001 г.
2. Гареев А.М. Географо-экологические основы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна реки.– Челябинск, 1989 г.
3. Каганов Г.М., Румянцев И.С. Гидротехнические сооружения: Учебник для техникумов. В 2-х кн. Кн.2 - М.: Энергоатомиздат, 1994. – 272 с.
4. Водохранилища / А.Б. Авакян, В. П. Салтанкин, В.А. Шарапов. – М.: Мысль, 1987г. – 325с. – (Природа мира).
5. Гинко С. С. Основы гидротехники. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976г. – 368с.
6. Векслер А.Б., Ивашинцов Д.А., Стефанишин Д.В. Надежность, социальная и экологическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятие решений. СПб.: Изд-во ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева". 2002.
7. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат. 1998.
8. Векслер А. Б., Доненберг В. М. Переформирование русла в нижних бьефах крупных гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат. 1983.
9. Кузьмин И. А. Русловые процессы и их изменение под воздействием гидротехнических сооружений // Труды Гидропроекта. 1973. № 30. С. 37-72.
10. Лапшенков B.C. Прогнозирование русловых деформаций в бьефах речных гидроузлов. Л.: Гидрометеоиздат. 1979.
11. Векслер А.Б., Доненберг В.М., Мануилов В.Л., Фрид Р.С. Метод расчета трансформации русла в нижних бьефах гидроузлов // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Ч. 1. Т. 230. 1997. С. 115 - 130.
12. Указания по расчету заиления водохранилищ при строительном проектировании. Л.: Гидрометеоиздат. 1973.
13. Фадеев В.В., Тарасов М.Н., Павенко В.Л. Связь между гидрохимическим и водным режимом равнинных и горных рек СССР // Труды IV гидрологического съезда / Т. 9. Качество вод и научные основы их охраны. Л.: Гидрометеоиздат. 1976. С. 198-212.
14. Сборник методик расчетов и нормативных документов по курсу "Охрана атмосферного воздуха": Методические указания. Л.: Гидрометеоиздат. 1987.
15. Наставления гидрометеостанциям и постам. Вып. 7. Гидрометрические наблюдения на озерах и водохранилищах. Л. 1973.
16. Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застроенных территориях. Справочное пособие к СНиП 2.06.15-85/ ВНИИ ВОДГЕО. Стройиздат. 1991.
17. Каган А.А. Инженерно-геологическое прогнозирование. М: Недра. 1984.
18. Розовский Л.Б., Зелинский И.П. Инженерно-геологические прогнозы и моделирование. Одесса: Изд. Одесского ун-та. 1975.
19. Природные опасности России. Геокриологические опасности /Под ред. В.И. Осипова, С.К. Шойгу М.: Изд. фирма "Крук". 2000.
20. Жукинский В.Н., Оксиюк О.П. Методологические основы экологической классификации качества поверхностных вод суши // Гидробиологический журнал. 1983. Т. 19 № 2. С. 59 - 67.
21. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир. 1975.
22. Рамад Ф. Основы прикладной экологии: воздействие человека на биосферу (пер. с фр.). Л.: Гидрометеоиздат. 1981.
23. Хатчисон Д. Лимнология. М.: Прогресс. 1969.
24. Федоров М.П., Шилин М.Б., Ролле Н.Н. Экология для гидротехников. СПб.: Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1992.
25. Руководство по прогнозированию медико-биологических последствий гидротехнического строительства / Научный совет по проблемам биосферы АН СССР. М.. 1990.
26. Готлиб Я.Л., Донченко Р.В., Пехович А.И., Соколов И.Н. Лед в водохранилищах и нижних бьефах ГЭС. Л.: Гидрометеоиздат. 1983.
27. Авакян А.Б., Бойченко В.К., Салтанкин В.П. Оценка рекреационного потенциала водохранилища в проектной практике // Гидротехническое строительство. 1986. № 7. С. 30-32.
28. Каякин В.В., Мулина А.В. Социально-экологический мониторинг при гидротехническом строительстве//Гидротехническое строительство. 1993. № 3. С. 2 - 8.
29. Методика оценки вреда и исчисления размера ущерба от уничтожения объектов животного мира и нарушения среды их обитания // М.: Госкомэкология России. 2000.
30. Фащевский Б. В. Основы экологической гидрологии – Минск: "Экоинвест", 1996 г.
31. Рекомендации. Анализ однородности речного стока. Центральный НИИ комплексного использования водных ресурсов, в/о "Союзводпроект". Утверждены директором ЦНИИКИВР 1 октября 1984 г.
32. Винберг Г. Г. (ред.) Общие основы изучения водных экосистем. Л.: Наука. 1976.
33. О гидрохимической изученности крупных речных бассейнов / Веселовский Н.В., Путинцева B.C., Манихина Р.К. и др. // Труды IV Всесоюзного гидрологического съезда / Т. 9. Качество вод и научные основы их охраны. Л.: Гидрометеоиздат. 1976. С. 102 - 107.
Приложение А
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Оценка экологических и экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к выпускной квалификационной работе
Уфа 2008
Содержание
Реферат
Введение
1. Экологические и экономические последствия строительства водохранилищ
1.1 Физико-географические условия формирования стока рек Республики Башкортостан
1.1.1 Гидрография речных систем. Реки Башкортостана
1.1.2 Речной сток
1.2 Анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан
1.2.1 Водохранилища: общие положения, типы и параметры
1.2.2 Влияние гидротехнических сооружений на режимы водотока
1.2.3 Зарегулированность стока рек РБ прудами и водохранилищами
1.2.4 Использование водных ресурсов рек в других хозяйственных целях
1.3 Экологические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ
1.3.1 Местные климатические изменения
1.3.2.Изменение состава атмосферного воздуха
1.3.3 Геологические условия, гидрогеологический и гидрогеохимический режимы прилегающих территорий
1.3.4 Изменения гидробиологического режима
1.3.5 Изменения животного мира
1.3.6 Изменения растительного мира
1.4 Экономические последствия строительства и эксплуатации водохранилищ
1.4.1 Воздействие ГТС на земельные ресурсы
1.4.2 Воздействие ГТС на сельское хозяйство
1.4.3 Воздействие ГТС на рыбные ресурсы и рыбное хозяйство
1.4.4 Воздействие ГТС на судоходство
1.4.5 Воздействие ГТС на водоснабжение
1.4.6 Воздействие ГТС на рекреацию
1.4.7 Воздействие ГТС на социально – демографическую сферу
1.5 Разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ
1.5.1 Экологический сток
2. Правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области водных ресурсов
3. Оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа
3.1 Алгоритм расчета экологического стока
3.2 Проверка на однородность
3.3 Расчет экологического стока для рек Республики Башкортостан
Заключение
Библиографический список
Приложения
РЕФЕРАТ
Гидротехнические сооружения, водохранилище, водные ресурсы, водоток, речной сток, экологический сток, природопользование, рациональное использование водных ресурсов.
Целью дипломной работы является анализ экономических и экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ на примере Республики Башкортостан.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
· изучение гидрографии речных систем РБ;
· анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан;
· анализ экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;
· анализ экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;
· разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ;
· обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов;
· оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.
В дипломной работе представлен анализ воздействия на водные ресурсы зарегулирования речного стока водохранилищами: экономические и экологические аспекты. Выполнен обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов, а также проведена оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа. Пояснительная записка 97 стр., рисунков 7, таблиц 9, библиографический список 33 источника
ВВЕДЕНИЕ
Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли. Известный русский и советский геолог академик А. П. Карпинский говорил, что нет более драгоценного ископаемого, чем вода, без которой жизнь невозможна.
Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4262 км3, из которых около 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общего объема речного стока.
Конец XX – начало XXI вв. характеризуется значительными темпами освоения гидроэнергоресурсов и переходом от строительства преимущественно крупных водохранилищ энергетического назначения к средним и даже малым. Сегодня не так уж много рек, на которых не было бы хоть одного водохранилища. На сегодняшний день в России построено и находится в эксплуатации свыше 3 тыс. водохранилищ.
Социально-экономический аспект: интенсивное гидростроительство объясняется тем, что водохранилища объективно нужны для развития общества, для удовлетворения его потребностей в воде, в продовольствии, энергии, отдыхе, в борьбе с наводнениями и т.д., то есть для повышения качества жизни и создания материальных благ. В то же время создание водохранилищ и регулирование ими стока значительно преобразует естественный гидрологический режим реки, что влечет за собой изменения и многих других природных процессов и условий.
Влияние водохранилища на окружающую среду может проявляться чрезвычайно разнообразно: прямо или косвенно, может быть положительным или отрицательным, постоянным и временным, нарастающим, одинаковым по годам и затухающим.
Экономические и экологическиеаспекты: строительство водохранилищ имеет позитивные и негативные последствия, однако следует отметить, что значительные или заметные изменения в окружающей среде вызывают преимущественно крупные и некоторые средние водохранилища. Влияние небольших и малых водохранилищ на природу и хозяйство территории обычно невелико, а нередко и положительно.
Позитивная сторона довольно ясна: производство энергии, водоснабжение промышленных центров, ирригация и улучшение условий для водного транспорта, рекреация и др.
Негативная сторона довольно многообразна: развитие ветровой абразии, переработка берегов водохранилищ и их трансформация, заболачивание новых территорий в результате подтопления их водохранилищем, изменение термического и ледового режимов, изменение уровневого и скоростного режимов, отчленение плотиной нерестилищ проходных и полупроходных рыб и др.
Создание гидроузлов с водохранилищами большого объема приводит к различным изменениям окружающей среды. К ним относятся местные климатические изменения, изменения состава атмосферного воздуха. Зарегулирование стока и создание водохранилищ оказывают существенное влияние на формирование и режим водотока, что ведет за собой изменения жизни населения в области строительства водохранилища. Так появление водохранилищ приводит, с одной стороны к затоплению привычных мест отдыха людей, с другой стороны, создает условия, способствующие строительству и эксплуатации лечебно – оздоровительных предприятий – турбаз, санаториев, пансионатов, спортивных лагерей. Также строительство гидротехнических сооружений оказывает существенное влияние на социальную сферу. Население территорий, попавших в зону затопления, вынуждено покидать привычные места проживания, с другой стороны строительство гидроузлов ведет за собой создание новых рабочих мест, развитие социальной инфраструктуры.
Таким образом, строительство гидротехнических сооружений оказывает влияние на окружающую природную среду и значительно сказывается на жизни населения прилегающих территорий. Поэтому проблема строительства и эксплуатации водохранилищ на сегодняшний день является весьма актуальной.
В связи с этим целью дипломной работы является анализ экономических и экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ на примере Республики Башкортостан.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
· изучение гидрографии речных систем РБ;
· анализ проведения водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Республики Башкортостан;
· анализ экологических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;
· анализ экономических последствий строительства и эксплуатации водохранилищ;
· разработка экологических критериев для проведения водохозяйственных работ;
· обзор нормативно – правовой базы РФ в области охраны и рационального использования водных ресурсов;
· оценка гидроэкологических изменений в результате строительства Павловского гидроузла на реке Уфа.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 274.
