геоэкологические последствия сооружения и эксплуатации водохранилища колымской гэс

3 – р. Колыма–пос. Усть-Среднекан; 4 – р. Колыма–пос. Синегорье (р. Бохапча);

5 – р. Бохапча–4 км выше устья; 2 – створ будущей Усть-Среднеканской ГЭС;

3 – территориальная граница Магаданской области
В настоящее время Колымская ГЭС является основным производителем электроэнергии, потребляемой в Магаданской области. За 2002 г. она выработала 2 340 млн квт.ч электроэнергии, то есть более 85% ее общего производства. В последующие годы эта величина существенно не менялась. Учитывая жизненную важность ГЭС для региона, налажен жесткий и строгий контроль за состоянием основных параметров работы плотины в целях своевременного выявления дефектов и предотвращения аварий. Предусмотрены и ведутся контрольные натурные наблюдения за предельно допустимыми ее показателями. Эти наблюдения осуществляет Управление пуско-наладочных работ "КолымаГЭСстроя". Окончательную обработку и анализ результатов, оценку надежности плотины выполняет ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева.

Вместе с тем мониторинг изменений в природной среде, вызываемых фактом существования водохранилища, ведется в крайне урезанном объеме и ограничивается метеорологическими и гидрологическими наблюдениями вблизи плотины ГЭС. В то же время уже заметны отдельные признаки достаточно значимых экологических преобразований как в верхнем, так и в нижнем бьефах.

В нижнем бьефе это проявляется, прежде всего, в изменениях зимнего режима стока за счет регулирующего влияния водохранилища. Так, по створу "р. Колыма–пос. Усть-Среднекан", расположенному в 220 км ниже плотины ГЭС, в ненарушенных условиях за период с 1933 по 1980 гг. наиболее многоводным месяцем был июнь, что связано с весенне-летним половодьем. Среднемесячный расход составлял 3 300 м³/с. Наименее водным месяцем был апрель – со средним расходом 5,9 м³/с. После сооружения ГЭС и необходимости заполнения водохранилища, при таянии снежного покрова, наибольшей водностью стал отличаться август, когда на реке проходят летние паводки. Средние расходы в этом месяце сходны с июньскими в ненарушенных условиях. Месяцем наименьших расходов остается апрель, но величина среднего многолетнего расхода превышает160 м³/с, понижаясь до 18,8 м³/с только в маловодные годы.

Изменения режима стока отражается и на термических характеристиках реки. Так, по данным Колымского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, начало ледостава на рассматриваемом посту за период 1987–2002 гг. приходится, в среднем, на 24 ноября, что на 11 дней позднее, чем до строительства ГЭС. Более поздний срок ледостава (на 5 дней) отмечен и на посту "Коркодон", в 618 км ниже плотины. Несколько увеличилась в нижнем бьефе и температура воды. Наивысшее ее среднее значение составляет 18,3°С, что на 0,9°С больше, чем в среднем за годы, предшествующие появлению водохранилища.

Регулирование стока воды в зимнее время, рост ее температуры способствовали увеличению емкостных свойств и объема подрусловых и пойменных таликов. Высказываемые ранее опасения о сокращении их площадей из-за уменьшения уровня половодий оказались ошибочными, так как на функционирование таликов большее влияние оказывает оттаивание сезонно-мерзлого слоя снизу за счет подземных вод, чем оттаивание сверху при разливах талых вод. Поэтому подпитывание таликов в зимнее время водой за счет сброса из водохранилища способствует не только их сохранению, но и увеличению мощности талых водоносных отложений. Кроме того, летние паводки сохранили свои параметры и, соответственно, влияние на геокриологические обстановки. Увеличение размеров таликов сказалось на достаточно ощутимых потерях стока в зимнее время, что отчетливо проявилось в створе "р. Колыма–пос. Усть-Среднекан".

Как известно, зимний сток в реках криолитозоны обеспечивается притоком воды из сезонно-талого слоя (СТС), надмерзлотных и сквозных водовыводящих таликов. В январе СТС полностью перемерзает на всей территории Северо-Востока России, поэтому в естественных условиях, при отсутствии непромерзающих, озер речной сток полностью определяется запасами воды в таликах, размеры которых достигают минимума в марте или апреле. В таблице мы привели данные [1–4] о стоке воды на постах "р. Колыма–пос. Синегорье" (или "устье р. Бохапча") и "р. Колыма–пос. Усть-Среднекан", а также на постах в приустьевых участках наиболее крупных непромерзающих рек Бохапча и Таскан, – до строительства ГЭС и в один из первых годов после строительства водохранилища (1988 г.).

Средние месячные расходы воды в зимнюю межень (м³/с)

Расходы воды в 1988 г. на посту у пос. Синегорье, рядом с Колымской ГЭС, полностью контролировались сбросом воды из водохранилища. К этим расходам прибавляются воды непромерзающих рек, которые в рассматриваемом году были меньше средних за многолетний период. Тем не менее даже в этих условиях расход воды на посту у пос. Усть-Среднекан меньше ожидаемого в зимние месяцы. Есть все основания полагать, что потери стока связаны с фильтрацией воды по вновь образованным таликам. В ненарушенных условиях расчетные увеличения расходов воды вниз по течению р. Колыма соответствуют реальным, так как был дополнительный приток воды из неучтенных источников.

В акватории водохранилища наиболее экологически негативным фактором может стать преобразование естественных гидрокарбонатных вод в сульфатные за счет оттаивания многолетнемерзлых пород в ложе водохранилища. С учетом глубины его и прогрева в летнее время следует ожидать формирование таликов по всей площади ниже изобаты 2 м, то есть глубже, чем толщина сезонного ледового покрытия. Увеличение минерализации подземных вод в оттаивающих отложениях связано с оттаиванием льда в коре выветривания песчано-глинистых сульфидизированных сланцев мезозойского возраста, развитых на значительной части затопленных площадей. Анализы химического состава воды, образовавшейся после оттаивания мерзлых льдистых пород, показал, что общая минерализация ее меняется в пределах от 1,2 до 4,5 г/дм³. Пробы были взяты в 2001 г. из подошвы элювиально-делювиального слоя вблизи уреза воды в водохранилище, на площади золоторудного месторождения "Ветренское" вблизи устья руч. Кварцевый. Воды сульфатно-хлоридные или сульфатные, железисто-кальциево-натриевые или кальциево-магниевые, рН от 5,5 до 8,2; содержание трехвалентного железа достигает 85 мг/дм³. До сооружения ГЭС под руслом этого ручья фиксировался надмерзлотный талик с пресными (минерализация менее 0,2 г/дм³) водами сульфатно-гидрокарбонатного магниево-кальциево-натриевого состава. За прошедшие 16 лет (к 2002 г.) в русле ручья, в 50 м выше устья, при бурении скважины вскрыта зона трещиноватости триасовых отложений в сквозном талике. Минерализация воды в этой зоне около 0,1 г/дм³, состав их сульфатный магниево-кальциевый. По мере приближения к водохранилищу минерализация возрастает до 3,94 г/дм³ при том же составе.

Приведенные факты дают основания для предположения о повсеместном распространении минерализованных подземных вод в ложе гидротехнического сооружения, возможно и в придонных слоях.

Следовательно, крупнейшее на Северо-Востоке России Колымское водохранилище нуждается в тщательном геоэкологическом, прежде всего, гидрогеохимическом и гидрогеологическом обследовании. В дальнейшем, при положительном решении вопроса о продолжении строительства Усть-Среднеканской ГЭС на р. Колыма необходимо учесть, что за прошедшие после проведения инженерно-геологических изысканий годы могли произойти достаточно значимые изменения мерзлотно-гидрогеологических характеристик речной долины ниже плотины Колымской ГЭС. Поэтому следует выполнить заверочные работы по определению масштабов и инженерной значимости этих изменений. Назрела необходимость в совершенствовании сети мониторинга не только состояния гидротехнических сооружений, но и водохранилища. В задачу мониторинга очень важно включить наблюдения за химизмом придонной и подземной воды в ложе водохранилища, а также за развитием фильтрации воды в сквозные талики в нижнем бьефе и, возможно, в пределах акватории. Необходимо приступить и к контролю влияния естественных процессов преобразования химического состава воды в бассейне Колымы на водные растительные и животные организмы.
Литература
1. Государственный водный кадастр. Основные гидрологические характеристики (за 1971-1975 гг. и весь период наблюдений). Т. 19. Северо-Восток. – Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 226 с.

2. Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Т. 1. Вып. 17: Бассейны Колымы и рек Магаданской области. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 429 с.

3. Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Т. 19. Северо-Восток. – Л.: Гидрометеоиздат, 1964. – 380 с.

4. Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Т. 19. Северо-Восток. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – 230 с.

Кроме того, все искусственные водоемы можно классифицировать и по размерам. Поскольку строительство малых ГЭС с началом индустриализации, а потом и глобализации стало невыгодным для строителей, большинство водохранилищ гидроэнергетического назначения относится к разряду средних, крупных и очень крупных.

Все эти формальные признаки водохранилищ ГЭС дают нам некую информацию к размышлению, но не позволяют ответить на главный экологический вопрос, – в чем состоит экологическая суть водохранилищ, к какой категории экологических процессов отнести формирование экосистем водохранилищ. К настоящему времени в мире сформировалось достаточно много крупных водохранилищ гидроэнергетического назначения, что позволяет говорить о них как о новом явлении с особой биосферной ролью. Прежде чем оценить эту роль в достаточном масштабе, необходимо ввести водохранилища ГЭС в устоявшуюся систему экологических понятий и явлений с точки зрения статики и динамики экосистем, вектора и конечной стадии их сукцессионного развития.

Изучение водохранилищ актуально не только потому, что необходима оценка влияния этого нового для биосферы и человечества явления на экосистемы и социумы, но и потому, что водохранилище ГЭС – это принципиально новое экологическое явление, нуждающееся в соответствующей оценке с точки зрения фундаментальных знаний в области экологии. Прежде всего, для оценки водохранилищ ГЭС как нового экологического явления необходимо определить специфику сукцессионного формирования нового водоема.

Как правило, гидроэлектростанции строятся там, где ранее протекали крупные реки. Это позволяет нам рассматривать новый водоем как продукт трансформации речной экосистемы, а сукцессионное его развитие как достижение рекой состояния параклимакса, то есть равновесного состояния под влиянием постоянно действующего антропогенного фактора [4]. В пользу этого утверждения может говорить и тот факт, что биота водохранилища формируется, как правило, из биоты реки главным образом через ее упрощение.

Однако река – это не просто водная экосистема с определенными специфическими параметрами среды, но и пойма, то есть часть суши, вовлекаемая в вещественно-энергетический круговорот реки. Причем эта часть суши непременно должна быть экосистемой, находящейся в конечной стадии сукцессионного развития, что позволяет ей выполнять свои специфические функции пограничной экосистемы, стабилизирующей состояние речных экосистем. Однако при формировании водохранилища пойма прекращает свое существование, становится дном, а берегами нового водоема становятся либо склоны гор, плакорные участки, либо равнинные суходолы. Таким образом, утверждение о том, что водохранилище ГЭС – это река, перешедшая в состояние параклимакса, разбивается о невозможность формирования поймы, являющейся непременным условием существования реки. Правда, в этом случае возникает вопрос, – а не соответствует ли та часть территории, которая непосредственно примыкает к водохранилищу и подвергается регулярным затоплениям в результате технического регулирования уровня воды, статусу водохранилища как реки в состоянии параклимакса? Утвердительный ответ на этот вопрос может быть основан на том, что параклимакс предполагает выход экосистемы на новый эволюционный уровень в условиях появления постоянно действующего антропогенного фактора. В этом случае затопление поймы и техническое регулирование уровня воды в водохранилище может относиться к категории постоянно действующего антропогенного фактора, а прибрежная зона временного затопления может считаться аналогом поймы, подвергшейся действию того же фактора, что и водоем. Один и тот же фактор заставляет материнскую экосистему – реку, перейти к более медленным темпам обмена веществ, а прибрежную полосу подвергаться периодическим затоплениям в гораздо более частом ритме, чем пойма бывшей реки. Однако последний аргумент, а также отсутствие долгосрочного естественного ритма затопления потенциальной поймы нового водоема, которое не позволяет сформироваться в прибрежной полосе специфической устойчивой экосистеме, говорят скорее в пользу того, что эту полосу следует относить к некой маргинальной зоне, а не к самостоятельному типу экосистем. По крайней мере, на нынешнем уровне становления большинства водохранилищ ГЭС, возраст которых измеряется в основном десятками лет, его явно недостаточно для достижения климакса экосистемами нового водоема.

Таким образом, камнем преткновения в данном вопросе является зона временного затопления как полоса взаимодействия между сушей и водоемом [3]. Если основная биота водохранилища – это трансформированная биота реки, то ее береговую линию можно считать скорее аналогом береговой линии моря на том основании, что и там, и здесь не существует естественной ритмики паводков, но существует приливно-отливная полоса, в которой формируется собственная экосистема со специфической биотой. Отличие приливно-отливной полосы моря от зоны временного затопления водохранилища состоит в том, что в первом случае существует четкая суточная ритмика приливов и отливов, происходящая с точностью до минут, а во втором – такая ритмика отсутствует и, с точки зрения существующих на планете естественных ритмов, техническое регулирование воды в водохранилище можно смело отнести к категории стохастических процессов. По частоте перепадов уровня воды техническое регулирование воды в водохранилище находится между паводками реки и приливно-отливными перепадами в море.

Таким образом, временное затопление прибрежной части водохранилища действительно играет роль лимитирующего фактора сукцессионного развития экосистем водохранилища и определяет следующие процессы.

1. Омолаживает экосистемы, не позволяя достигать климаксовой сукцессионной стадии, естественной для больших малопроточных водоемов. Береговая зона в условиях нечастого и незначительного подъема воды в озерах или прудах является форпостом поступательного развития через накопление биомассы и детрита. Морская приливно-отливная зона имеет свою специфическую и богатую биоту, которая вместе с морскими прибрежными мелководьями играет роль подобного форпоста. В водохранилище зона временного затопления крайне бедна жизнью, поскольку неритмичные колебания уровня воды препятствуют наращиванию видового разнообразия и биомассы, а также накоплению детрита в местах, которые в естественных водоемах обладают наибольшей биопродуктивностью.

2. Способствует поляризации ландшафта, устраняя эффект опушки, который в водоемах приходится главным образом на береговую зону и мелководья.

3. Препятствует возникновению специфической экосистемы со своим набором видов, приспособленных к жизни в условиях с широким диапазоном изменения параметров. Приливно-отливные колебания уровня воды сформировали такую экосистему благодаря четкому ритму, существовавшему миллионы лет. В береговой линии водохранилищ такого ритма нет. Впрочем, даже в этих неритмичных условиях возможно формирование биоты береговой линии, пусть и крайне скудной, ведь формироваться ей придется все на базе того же первоначального набора речных видов. Но для этого необходимы те же миллионы лет эволюции при неизменных условиях

Таким образом, водохранилище ГЭС – это самостоятельный тип экосистем, сформированный на базе реки и сохраняющий поэтому некоторые черты ее биоты, находящейся в сукцессионной динамике в условиях параклимакса.

При этом немаловажным является тот факт, что под воду уходят участки с высокой биопродуктивностью и биоразнообразием, к которым всегда относятся поймы [3], а береговая линия нового водоема формируется на месте, может быть, более стабильных, если исключить антропогенный фактор, но менее биопродуктивных участков, которые в силу особенностей функционирования водохранилища, не могут выполнять функций поймы. В целом такое перемещение береговой линии можно было бы рассматривать как фактор, оказывающий положительное влияние на формирование нового водоема, поскольку высокое биоразнообразие бывшей поймы, а ныне дна водохранилища, может стимулировать более быстрое сукцессионное развитие экосистем водохранилища и, соответственно, быстрое достижение равновесного климаксового состояния с достаточно высоким уровнем биоразнообразия. Однако именно высокие показатели биоразнообразия и биопродуктиивности поймы могут направить вектор сукцессионного развития экосистем водохранилища в другом направлении.

Дело в том, что при затоплении наземных экосистем, а поймы в особенности, в оборот водохранилища изначально вовлекается большое количество детрита. Формируется новое направление в переносе детрита из наземных экосистем в водные, вовлечение его в водные экосистемы в количествах, которые без оговорок можно отнести к категории сильного загрязнения. Это изменяет характерное для водных экосистем распределение мертвой и живой органики, изменяет свойства воды, поскольку большая часть твердого детрита наземных экосистем переходит в раствор [2], оказывает существенное влияние на формирование трофической пирамиды. Изменение же вектора сукцессионного развития экосистемы водохранилища при вовлечении в оборот большого количества детрита состоит, вопреки поверхностной логике, в упрощении трофической пирамиды. Это происходит потому, что детрит из стабилизирующего фактора переходит в категорию загрязнителя. Правда, в отличие от искусственных колебаний уровня, наземный детрит не относится к постоянно действующему фактору и потому оказывает влияние только на ранних стадиях становления экосистем водохранилища.

Подводя итоги, необходимо упомянуть еще о трех экологических ролях водохранилищ. К ним относятся: воздействие на климат региона (при формировании системы водохранилищ увеличивается и воздействие), изменение ареалов [1] и скорости, направленности и состава переноса вещества и энергии. Но в этих процессах водохранилища ГЭС выступают скорее как фактор сукцессионных процессов наземных экосистем.
Литература
1. Ильяшенко В.Ю. Влияние Зейского водохранилища на наземных позвоночных животных горнотаежных экосистем (на примере хр. Тукурингра). – М., 1984. – 202 с.

2. Мордовин А.М., Петров Е.С., Шестеркин В.П. Гидроклиматология и гидрохимия Зейского водохранилища. – Владивосток; Хабаровск: Дальнаука, 1997. – 138 с.

3. Реймерс Н.Ф. Природопользование: слов.-справ. – М.: Мысль, 1990. – 637 с.

4. Реймерс Н.Ф. Экология. – М.: Россия молодая, 1994. – 366 с.

Расчетный алгоритм ПЦ-модели имитирует динамику водного баланса составляющих бассейновой емкости. Первым этапом стокообразования является разделение выпадающих осадков между гравитационной и негравитационной (почвенной капиллярной) составляющими бассейновой емкости, которые связаны соотношением:

Здесь a, b и m – постоянные коэффициенты; c и v – относительные свободные емкости, соответственно негравитационная и гравитационная; С и V – величины негравитационного и гравитационного влагозапасов; НВ (наименьшая влагоемкость) и ГКВ (гравитационная критическая влагоемкость) – характерные значения этих влагозапасов при Q = Q_кр. Сумма НВ и ГКВ дает полную влагоемкость (ПВ МРБ), русловая критическая влагоемкость (РКВ) составляет часть ГКВ при Q = Q_кр.

Предполагая непрерывное соблюдение (1), получаем выражение для доли осадков, идущих на стокообразование k_x, которое применяется при V<ГКВ, иначе осадки полностью идут на стокообразование:

. (2)

Стокоформирующая доля осадков попадает сначала в промежуточную емкость “верховодки”, ее влияние сказывается как задержка части слоя стокообразования. Наиболее важным элементом модели является гравитационная емкость и связанная с ней русловая емкость бассейна. Связь между ними не является ни последовательной, ни параллельной. Принятый тип связи можно назвать “вложением” – русловая емкость является частью гравитационной, причем доля руслового влагозапаса в гравитационном изменяется в зависимости от величины последнего. Такая структура введена для описания процессов взаимопревращения влаги форм, не полностью учитываемых моделями добегания, основанными на генетической формуле стока.

Водный баланс гравитационной емкости, состоящей из русловой и грунтовой, описывается системой уравнений, основанной на сформулированных выше предположениях:

причем Q = k₁W = k₂V³ и . (3)

Здесь W и V - русловая и гравитационная емкости соответственно, k₁ и k₂ – константы, p(t) - приток в русловую емкость из грунтовой (грунтовая емкость G = V-W), h(t) – внешний приток в гравитационную емкость.

Решая систему при разных ограничениях, получаем два варианта кривых истощения (табл. 1). Если исключить t и принять в качестве независимой переменной Q, получим фазовый портрет системы. Важной особенностью решения является то, что приток в русло P имеет отрицательную величину при Q>Q_кр, а G становится отрицательным в определенной точке, где W начинает превышать V. Положение этой точки определяется т. н. сверхкритическим расходом . Соответственно, поле фазовых состояний системы разделяется на три качественно различных режима стокообразования, называемых внутриобъемным, поверхностным и "провальным".
Таблица 1

Решения системы уравнений (3)

При h(t)=0 ; ; ; ;

При p(t)>=0 ; ; ; ;

Фазовый портрет ; ; ; ;

Отрицательный приток в русло p(t) интерпретируется как раз как процесс превращения. Многократное возрастание руслового влагозапаса приводит к нарастанию мощности дренажной сети за счет временных водотоков. Но существование их неустойчиво и после прекращения внешнего притока временная дренажная сеть начинает быстро распадаться и часть влагозапаса превращается из руслового в грунтовый. В рамках воднобалансовой модели это выглядит как отрицательный приток в русло. Следовательно, отрицательная величина p(t) отвечает наличию временной дренажной сети, нуждающейся в притоке влаги извне, минимальная величина которого представлена функцией h(t). “Провальный” режим стокообразования в данной версии модели не исследуется, эмпирический его анализ затруднен редкостью и сложностью достоверной фиксации.

Поскольку ПЦ-модель ориентирована на интегральное описание динамики МРБ вблизи состояния ПВ, внутрипочвенный влагообмен, испарение и т.д. описаны в ней с максимальной “грубостью”. Негравитационный почвенный влагозапас рассматривается как единое целое. Его баланс заключается в приеме доли осадков и испарении, суточная величина которого принята постоянной для всего теплого периода года. При переполнении почвенной негравитационной емкости (выше НВ) избыток влаги поступает в емкость верховодки. Глубокий подземный водообмен описывается постоянным потоком влаги g_глуб, – положительным или отрицательным.

Таким образом, используемая версия ПЦ-модели представляет собой очень простой, по сравнению с наиболее современными моделями “осадки–сток”, алгоритм формирования слоя стокообразования и трансформации его в расход в замыкающем створе. В легко реализуемых расчетах используются только стандартные массовые данные по осадкам и стоку. Число параметров модели невелико, почти все они имеют ясную физическую интерпретацию и определяются либо по данным многолетних наблюдений по бассейну, либо на основании эмпирических индикационных зависимостей для неизученных бассейнов.

В качестве объектов испытаний методик краткосрочного прогноза использованы девять бассейнов малых рек в Приморье. Параметры модели приняты на основании предварительно выполненного анализа полных многолетних рядов ежедневных наблюдений за осадками и стоком. Испытания проводились за периоды по 7 лет для каждого бассейна. Для выдачи прогноза выполняется настройка модели по предыстории 7–10 дней. Затем выполняется прогноз стока на 3 суток вперед в трех вариантах: при отсутствии информации о будущих осадках, при наличии такой информации и при наличии прогноза осадков. Результаты испытаний (табл. 2) оценивались с помощью стандартной оценки S/σ, принятой в Росгидромете – отношение среднеквадратической ошибки прогноза S, к среднеквадратическому отклонению процесса за период заблаговременности σ.
Таблица 2

Оценки качества прогнозов стока по малым бассейнам S/σ

Установлено, что на основе использования ПЦ-модели практически гарантированно можно получать методики краткосрочного прогноза дождевого стока рек с площадью водосбора до 1 500-2 000 км², заблаговременностью 1–3 суток, хорошего либо удовлетворительного качества.

При краткосрочных прогнозах стока более крупных бассейнов (до 100–200 тыс. км²) ПЦ-модель можно использовать в составе схемы прогноза, учитывающей добегание в русловой сети. Оценка параметров и настройка модели выполняется для группы малых бассейнов-индикаторов, репрезентативных для отдельных частей водосбора. Полученный прогноз притока в русловую сеть трансформируется в сток замыкающего створа с использованием частных функций влияния. Метод испытан для бассейна р.Хор–пос. Хор (24 500 км²), в результате чего получены прогнозы хорошего качества с заблаговременностью 1-6 суток (рис. 1).


Рис. 1. Измеренный (1) и прогнозные гидрографы (2)

с заблаговременностью 2, 4 и 6 суток, р.Хор–пос. Хор, 1985

Параметры ПЦ-модели для р.Казачка–с.Пуциловка

На ряде примеров решения практических задач инженерной гидрологии показана эффективность использования ПЦ-модели МРБ для различных видов прогнозов речного стока, в том числе в изменяющихся условиях.

Качество сточных вод, сбрасываемых в водные объекты после очистных сооружений большинства предприятий, не отвечают нормативным требованиям на сброс загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты. Во многих крупных городах отсутствует очистка городских ливневых стоков, в результате в водоемы поступает большое количество загрязняющих веществ. Ситуация усугубляется еще и тем, что в городские коллекторы ливневой канализации часто сбрасываются подключенные к ним ливневые сточные воды промпредприятий, увеличивая количество неочищенных сточных вод. При этом плата за водопользование этими предприятиями не производится, так как выпуски сточных вод находятся не на их балансе [1].

Наиболее неблагополучная экологическая обстановка на водохранилищах Верхней и Средней Волги (Горьковское, Чебоксарское, Куйбышевское, Саратовское) складывается в районах крупных промышленных городов – Рыбинска, Ярославля, Заволжья, Балахны, Н.Новгорода, Кстова, Чебоксар, Новочебоксарска, Волжска, Ульяновска, Жигулевска, Тольятти, Самары, Октябрьска, Сызрани. Главной причиной неудовлетворительного качества волжской воды является поступление загрязняющих веществ от точечных (централизованные сбросы) и диффузных источников в виде стока: с сельскохозяйственных полей, животноводческих ферм и поселков, расположенных на территории Волжского бассейна. По материалам исследований 2000 – 2003 гг., качество воды Горьковского водохранилища, ухудшаясь с 2000 до 2002 г., несколько улучшилось в 2003 г. (Индекс загрязнения вод /ИЗВ/2000 г. – 2,9; 2001 г. – 3,2; 2002 г. – 4,1; 2003 г. – 3,9), с переходом воды из 5 категории "грязная" в 4 – "загрязненная". В Чебоксарском водохранилище вода, несколько улучшаясь в 2002 г., с переходом из 5 категории "грязная" в 4 – "загрязненная", (ИЗВ: 2000 – 4,3; 2001 – 4,4; 2002 – 3,9; 2003 – 4,8), в 2003 г. снова ухудшилась до 5 категории "грязная". В Куйбышевском водохранилище качество воды в 2000–2003 гг. незначительно колебалось (ИЗВ: 2000 – 3,2; 2001 – 3,7, 2002 – 3,3, 2003 – ,5) но по-прежнему вода остается 4 категории – "загрязненная".

При этом, если из точечных источников поступают в основном воды, загрязненные веществами, связанными с особенностями производства, то диффузные источники и коммунально-бытовые стоки поставляют в водоемы в основном биогенные элементы (азот и фосфор).

Из-за значительного уменьшения интенсивности водообмена в водохранилищах, широкий спектр загрязняющих веществ накапливается в донных отложениях (ДО). Тяжелые металлы являются одним из наиболее характерных поллютантов гидрохимического состава поверхностных вод, в то же время, благодаря своей способности активно мигрировать и накапливаться в отдельных звеньях системы "вода–взвешенные наносы–донные отложения", представляют достаточно серьезную экологическую опасность [2]. Оценка качественного состояния придонного слоя воды и донных отложений имеют особое значение при устройстве водозаборов питьевого водоснабжения.

Характеристика ДО по содержанию тяжелых металлов, выполненная на основании методики Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, показала, что опасное загрязнение донных отложений наблюдается на участке Чебоксарского водохранилища у устья р. Суры, ниже г. Ильинка – левый берег, выше г. Чебоксары – левый берег. В Куйбышевском водохранилище – у устья р. Цивиль, выше Куйбышевской ГЭС. В донных отложениях Саратовского водохранилища повышено содержание цинка, железа, никеля.

В этих створах практически все исследуемые металлы по содержанию превышают фоновые концентрации, что при определенных условиях (нарушение окислительно- восстановительного потенциала, дноуглубительные работы, взмучивание при сильном ветровом волнении, снижение уровня насыщения кислорода) может приводить к переходу накопленных элементов в придонные слои воды и вторичному загрязнению водоема [3].

Установление ИЗВ только по гидрохимическим показателям не позволяет ответить на вопрос о соответствии качества среды на отдельных водохозяйственных участках нормального функционирования биоты, свойственной данному водоему. Состав сообществ водных организмов и экологических критериев, наряду с химическими показателями дает возможность регистрировать последствия антропогенного воздействия за определенный предшествующий отрезок времени.

Результаты выполненных исследований показывают необходимость комплексного систематического контроля и анализа состояния экосистем региона, позволяющих осуществить прогноз экологической обстановки, выдачу рекомендаций по достижению экологической безопасности, устойчивому эколого-экономическому развитию и направлениям социально-экологической реабилитации территорий. Прежде всего, это сокращение сбросов сточных вод с помощью увеличения мощности и усовершенствования технологий очистных сооружений, а также ввода в действие замкнутого цикла водопотребления и водоотведения, реконструкция предприятий.
Литература
1. Информационный бюллетень о состоянии поверхностных водных объектов в зоне деятельности Верхне-Волжского бассейнового водного управления за 2002 год. – Н. Новгород,2003г. – 82с.

2. Лепихин А.П., Бретышев Е.Ю., Мирошниченко С.А. Пространственное и временное распределение содержания металлов в водных объектах Пермской области // Экологические проблемы бассейнов крупных рек-2: тез. междунар. конф. Тольятти: ИЭВВ РАН, 1998. С. 146–147.

3. Судакова Л.А., Кочеткова М.Ю. Мониторинг состояния и качества воды водохранилищ р. Волги (Горьковское, Чебоксарское, Куйбышевское, Саратовское) по гидрохимическим показателям в многолетнем аспекте // Всерос. конгр. работников водного хоз-ва: тез. докл. М., 2003. С. 154–155.