Особенность водохранилищ ГЭС Сибири заключается в том, что они располагаются на лесопокрытых территориях. Строительство и эксплуатация каскадов ГЭС на реках Ангара и Енисей привели к затоплению больших объемов древесно-кустарниковой растительности, сухостоя и захламленности. Общий объем затопленной древесной массы в водохранилищах ГЭС Сибири по данным кафедры использования водных ресурсов СибГТУ (после заполнения водохранилища Богучанской ГЭС (БоГЭС) до отметки НПУ 208,0 м БС) составит более 33 млн м3.
Основной причиной затопления древесной массы является отказ от проведения ввиду экономической неэффективности лесосводки в проектных (плановых) объемах.
Водохранилища ГЭС, построенные в лесопокрытых регионах, явились аккумулятором не только плавающей, затопленной и полузатопленной древесной массы, но и значительного объема органических веществ растительного происхождения: лесного опада, корневой системы древесины и кустарников, болотно-торфяных залежей и т.д., которые оказывают влияние на качество вод водохранилища и непосредственно на водные ресурсы в нижнем бьефе.
Особенности загрязнения водохранилищ ГЭС органическими веществами растительного происхождения рассмотрим на примере наполняющегося водохранилища БоГЭС с учетом реально выполненных работ по подготовке ложа под затопление – лесоочистке спецучастков. Лесосводка в ложе водохранилища не проводилась ввиду экономической неэффективности. При этом за более чем тридцатилетний период, прошедший с момента начала строительства плотины и проведения в зоне затопления водохранилища первой частичной лесосводки и лесоочистки произошли качественные и количественные изменения характеристик древостоя: нетоварная древесина перешла в разряд товарной; на площади спецучастков, где производилась лесоочистка, появился молодой подрост; оставленные порубочные остатки от лесосводки частично сгнили. Учитывая отмеченные особенности и тот факт, что последняя инвентаризация проводилась ВО «Леспроект» в 1966 году, определение реального объема затопления и составления прогноза загрязнения водохранилища является сложной задачей. Поэтому определение реальных объемов затопления древесно-кустарниковой растительности и прогнозных значений загрязнения водохранилища органическими веществами является сложной задачей.
Цель исследования – определение реального объема затопления древесно-кустарниковой растительности в ложе водохранилища Богучанской ГЭС и разработка прогноза загрязнения органическими веществами.
Материал и методы исследования
Исходными данными для определения объемов (ресурсов) органических веществ являются: объемы древесной массы, определенные по методике прогнозирования объемов засорения древесной массой водохранилищ ГЭС [3, 4]; объем древесины в пнях, корневой системе; объемы гумуса; объемы торфа; запасы органических веществ в лесной подстилке; воды, приносимые впадающими в водохранилище реками, содержащими биогенные, органические вещества и микроэлементы; органические вещества, поступающие с промышленно-бытовыми сточными водами; органические вещества, поступающие в водохранилище в процессе размыва берегов; органические вещества, выпадающие с атмосферными осадками; органические вещества, возникающие в водохранилище за счет развития фитопланктона.
В основу разработки прогноза загрязнения водохранилища БоГЭС положены материалы натурных обследований, проведенных сотрудниками кафедры ИВР СибГТУ в зоне затопления ложа водохранилища в 2006 и 2012 годах; инвентаризации древесно-кустарниковой растительности, выполненные филиалом ФГУП «Рослесинфорг» «Востсиблеспроект» в 2006–2007 годах (общая площадь земель ‒ 153141 га, в том числе покрытая лесной растительностью ‒ 122043 га; общий запас древесной массы ‒ 11458,2 тыс. м3); реально выполненных работ по подготовке зоны затопления (лесоочистке спецучастков на площади 16587,4 га с объемом убранной древесины 1149,7 тыс. м3).
Результаты исследования и их обсуждение
Объем органических веществ растительного происхождения в ложе водохранилищ ГЭС определяется по методике [5] методом суммирования показателей природных и антропогенных источников загрязнения. Основными источниками загрязнения являются: древесная масса, поступающая в водохранилище в первый год эксплуатации водохранилища, древесина в пнях и в корневой системе, лесная подстилка, гумус, торф, внешние источники засорения.
I. Реальный объем затопления древесно-кустарниковой растительности, сухостоя и захламленности (древесной массы) для утвержденного сценария подготовки ложа водохранилища БоГЭС под затопление составляет 10,3 млн м3 [10].
II. В зоне затопления в процессе лесосводки на территории Кежемского района в 1981–1987 годах было убрано 6,6 млн м3 древесины. За прошедшие после лесосводки годы, как показали натурные обследования, порубочные остатки, пни осины и березы полностью превратились в труху.
В связи с этим объем древесины в пнях определится следующим образом:
1. Объем древесины осины и березы, убранной в процессе первой лесосводки, составляет 21,4 % [8], т.е. объем сгнившей древесной массы в пнях составляет 42,4 тыс. м3.
Объем древесины в пнях, оставшейся от первичной лесосводки, с учетом того, что объем древесины в пнях составляет 2–3 % от объема заготавливаемой древесины [2, 6]; СанПиН 3907–85 «Санитарные правила и нормы проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ» допускают оставлять при проведении лесосводки и лесоочистки пни высотой до 50 см, таким образом, объем древесины в пнях в зоне затопления может составлять до 7 % запаса древесины на корню. С учетом отмеченных особенностей и натурных обследований объем древесины в пнях, оставшийся от первичной лесосводки, составляет 155,6 тыс. м3.
2. Объем древесины в пнях после проведения лесоочистки на территории Красноярского края и Иркутской области равен 43,8 тыс. м3.
3. Таким образом, суммарный объем древесины в пнях составит 199,4 тыс. м3.
III. Объем древесины в корневой системе, зависящий от запаса и породного состава древесно-кустарниковой растительности, определяется в соответствии с положениями отчета [8] и представлен в табл. 1.
IV. Объем лесной подстилки зависит от типа леса и составляет по разным источникам от 17 до 90 т/га [9, 11]. Натурные обследования в разных створах водохранилища показали на слабый слой лесной подстилки, поэтому в расчете его можно принять равным 54 т/га. В пересчете на всю площадь зоны затопления объем лесной подстилки составит 6590,3 тыс. т.
V. Почвы в ложе БоГЭС содержат маломощный гумусовый горизонт от 10 до 20 см.
Иногда в слабоподзолистых почвах с 25–30 см залегает второй гумусовый горизонт мощностью от 10 до 15 см. Максимальная мощность гумусового горизонта по данным экспедиционных исследований не превышает 32 см [11].
Слабый слой гумуса объясняется тем, что в период проведения первой лесосводки и лесоочистки был нарушен естественный процесс формирования гумуса, малым запасом лесного опада, изменившимися влагообменом и температурой воздуха на поверхности почвы [8]. Общий запас гумуса составит 16845,5 тыс. т.
Таблица 1
Объем древесины в корневой системе ложа водохранилища БоГЭС
|
Порода |
Объем |
Объем корневой системы, % |
Расчетный объем корневой системы |
||
|
тыс. м3 |
% |
% |
тыс. м3 |
||
|
Запас древесины, вырубленной при проведении первой лесосводки |
|||||
|
Сосна |
2658,26 |
40,2 |
15–25 |
17,5 |
465,2 |
|
Лиственница |
1686,21 |
25,5 |
12–15 |
13,5 |
227,6 |
|
Кедр |
26,45 |
0,4 |
12–16 |
14,0 |
3,7 |
|
Ель, пихта |
826,56 |
12,5 |
10–12 |
11,0 |
90,9 |
|
Береза, осина |
1415,12 |
21,4 |
5–12 |
8,0 |
– |
|
Итого |
6612,6 |
100,0 |
787,4 |
||
|
Запас древесины в зоне затопления по материалам инвентаризации 2006 – 2007 годов |
|||||
|
Сосна |
3065,83 |
29,3 |
15–25 |
17,5 |
536,5 |
|
Лиственница |
3787,82 |
36,2 |
12–15 |
13,5 |
511,4 |
|
Ель, пихта |
2050,87 |
19,6 |
10–12 |
11,0 |
225,6 |
|
Береза |
1297,49 |
12,4 |
5–12 |
8,5 |
110,3 |
|
Осина |
261,59 |
2,5 |
5–10 |
7,5 |
19,6 |
|
Итого |
10463,60 |
100,0 |
1403,4 |
||
|
Всего |
2190,8 |
||||
Примечание. Объем древесины приведен с учетом сухостоя и единичных деревьев.
Необходимо отметить, что по данным [7, 12] объем гумуса составляет 19672 тыс. т.
VI. Для оценки запаса торфа в ложе водохранилища БоГЭС рассматриваются два источника информации: прогноз всплывания торфа в Богучанском водохранилище [12] и технический проект [1].
По материалам [1] площадь затопления торфяных месторождений 9,5 тыс. га с запасом 86,6 млн м3 (11,483 млн. т).
По материалам отчетов [7, 12] площадь торфяных залежей составляет 7682 га с запасом торфа 122,9 млн м3 (16,3 млн т).
В табл. 2 представлены суммарные объемы древесных ресурсов и органических веществ в ложе водохранилища БоГЭС после первого года заполнения проведения лесоочистки.
Таблица 2
Суммарные объемы древесных ресурсов и органических веществ в ложе водохранилища БоГЭС после первого года заполнения при проведении только лесоочистки
|
Показатели |
Ресурсы органических веществ |
|||
|
тыс. м3 |
% |
АСВ, тыс. т |
% |
|
|
Реальный объем затопления сырорастущей древесины после проведения лесоочистки |
9063,0 |
70,18 |
5347,2 |
12,03 |
|
Сухостой и валежник |
1245,5 |
9,65 |
734,8 |
1,65 |
|
Пни |
199,4 |
1,54 |
117,6 |
0,26 |
|
Корневая система |
2190,8 |
16,96 |
1292,6 |
2,91 |
|
Вынос древесины из рек, не задействованных в целях лесосплава |
0,2 |
0,002 |
0,1 |
0,0002 |
|
Разнесенная древесина вдоль уреза воды |
19,2 |
0,15 |
11,3 |
0,03 |
|
Потери от стихийных бедствий, неучтенные |
3,0 |
0,02 |
1,8 |
0,004 |
|
Потери от деятельности лесосплавных и лесозаготовительных предприятий |
20,5 |
0,16 |
12,1 |
0,03 |
|
Размыв берегов |
173,1 |
1,34 |
102,1 |
0,23 |
|
Итого древесных ресурсов |
12914,7 |
100 |
7619,6 |
17,14 |
|
Лесная подстилка |
8269,6 |
18,60 |
||
|
Гумус |
16845,5 |
37,89 |
||
|
Торф |
11483,0 |
25,83 |
||
|
Живой напочвенный покров |
241,7 |
0,54 |
||
|
Всего |
44459,4 |
100 |
||
Примечание. АСВ – абсолютно сухое вещество.
Представленные материалы прогноза загрязнения водохранилища БоГЭС органическими веществами имеют важное практическое значение, о чем свидетельствует их использование в откорректированном техническом проекте Богучанской ГЭС на реке Ангара (генеральный проектировщик ОАО «Ленгидропроект»).
При этом необходимо отметить, что в данной работе не учитывались объемы загрязнителей, поступающих от внешних источников и поступающие из вышерасположенных водохранилищ.
Выводы
Анализ табл. 2 показывает, что основными загрязняющими веществами водохранилищ ГЭС являются гумус, торф и лесная подстилка, составляющие более 80 % от общего объема органических загрязнителей.
Для уточнения объемов загрязнителей растительного происхождения и совершенствования применяемых методик необходимо выполнить комплекс натурных исследований на существующих водохранилищах и особое внимание уделить зонам затопления проектируемых водохранилищ.
Рецензенты:
Шевелев С.Л., д.с.-х.н., профессор, заведующий кафедрой лесной таксации, лесоустройства и геодезии, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», г. Красноярск;
Полетайкин В.Ф., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологий и машин природообустройства, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», г. Красноярск.
Работа поступила в редакцию 04.02.2013.