Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМОВ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ, ПОСТУПАЮЩЕЙ НА АКВАТОРИЮ В ПРОЦЕССЕ РАЗМЫВА БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС

Пережилин А.И. 1 Корпачев В.П. 1 Андрияс А.А. 1 Попова А.А. 1 Рахимов К.Х. 1
1 Сибирский государственный технологический университет
В Сибири находится около половины потенциала экономически эффективных гидроэнергетических ресурсов России, и в основном он сосредоточен (72 %) в бассейне рек Енисей и Ангара. В перспективе планируется строительство ряда ГЭС и создание для их работы водохранилищ. С момента наполнения водохранилища начинается становление нового водного объекта и процесс формирования его берегов. Размыв берегов водохранилищ лесопокрытых регионов Сибири служит причиной поступления на акваторию значительных объемов древесной массы, создающей трудности для водопользования. Это обуславливает необходимость проведения работ по прогнозированию засорения проектируемых водохранилищ древесной массой в процессе наполнения и эксплуатации. В статье излагается методика определения объемов поступления древесины от размыва берегов, которая применена на водохранилище Богучанской ГЭС. Предлагаемый метод может быть использован для прогнозирования поступления древесной массы на акваторию существующих и проектируемых водохранилищ ГЭС в лесных регионах.
лесопокрытые территории
водохранилище
размыв берегов
древесная масса
методика прогнозирования
Богучанская ГЭС
1. Богучанское водохранилище. Подземные воды и инженерная геология / под ред. чл.-кор. АН СССР М.М. Одинцова. – Новосибирск: «Наука», 1979. – 158 с.
2. Воздействие каскада Ангарских водохранилищ // Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Иркутской области в 1995 году. – Иркутск, 1996. – С. 83–85.
3. Корпачев В.П., Пережилин А.И., Андрияс А.А. Водохранилища ГЭС Сибири. Проблемы проектирования, создания и эксплуатации: монография. – Красноярск: СибГТУ, 2015. – 209 с.
4. Корпачев В.П., Пережилин А.И., Андрияс А.А., Гайдуков Г.А. Динамическое воздействие ветровых волн на плавучие волногасители из некондиционной древесины // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6–4. – С. 840–844.
5. Лапин Г.Г., Смирнов В.В., Ваксова Е.И. О состоянии и перспективах развития гидроэнергетики России // Гидротехническое строительство. – 2007. – № 6. – С. 9–15.
6. Разработка прогноза засорения и загрязнения водохранилища Богучанской ГЭС древесной массой и органическими веществами, комплекса предложений по очистке водохранилища от древесной массы: отчет о НИР / ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»; рук. В.П. Корпачев. – Красноярск, 2006. – 85 с.
7. Рекомендации по оценке и прогнозу размыва берегов равнинных рек и водохранилищ для строительства / ПНИИИС. – М.: Стройиздат, 1987. – 72 с.

В структуре энергетического обеспечения России на долю ГЭС приходится 22 %. В Сибири созданы каскады ГЭС: Иркутская, Братская, Усть-Илимская, Богучанская на Ангаре и Саяно-Шушенская, Майнская, Красноярская – на Енисее. При этом уровень освоения экономически эффективных гидроэнергоресурсов составляет всего 26 %. Планируется использовать гидроэнергетический потенциал республики Тыва: Тувинская, Шивелигская, Шуйская, Буренская ГЭС на реках Большой и Малый Енисей [5].

Водохранилища для работы ГЭС в Сибири создавались в пределах водосборов рек, расположенных на покрытых лесом территориях. Поэтому, несмотря на разнообразие природно-климатических и морфологических условий формирования лож водохранилищ, их объединяет одна проблема – затопление лесных массивов и процесс образования запасов плавающей древесины на акваториях водохранилищ, которая не только влияет на качество воды и экосистему, но и представляет опасность для судоходства и ГЭС [3].

Цель исследования – определение объемов древесной массы, поступающей при размыве берегов водохранилищ ГЭС в процессе их заполнения и эксплуатации, для разработки научно обоснованных управленческих решений по исключению негативного воздействия.

Материалы и методы исследования

Аналитический обзор ранее выполненных исследований, проведенных сотрудниками кафедры использования водных ресурсов СибГТУ.

Результаты исследования и их обсуждение

При создании водохранилища на выполнение работ по подготовке ложа под затопление (влияющих в дальнейшем на качество воды и водопользование), а также компенсационные и природоохранные мероприятия требуются значительные финансовые затраты. Поскольку главным объектом является строительство ГЭС, то лесоочистке лож водохранилищ не уделяется должного внимания. Поэтому в разные годы затоплялось без лесоочистки от 35 до 67 % покрытых лесом площадей [3]. К настоящему времени только водохранилищами ГЭС Сибири затоплено более 695 тыс. га лесных земель (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика водохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского бассейна

Показатель

Водохранилище

Всего

Иркутское

Братское

Красноярское

Усть-Илимское

Саяно-Шушенское

Майнское

Богучанское

Год заполнения водохранилища

1959

1967

1970

1977

1990

1984

2015

Полный объем водохранилища, км3

48,6

169,3

73,3

59,4

31,3

0,1

58,2

440,2

Величина колебания уровней, м

1

10

20

2

40

5

1

Площадь зеркала, км2

32965

5470

2100

1833

621

11

2326

45326

Площадь затопления, тыс. га

в том числе покрытая лесом

138,6

45,3

510,5

326,9

175,0

38,0

154,0

127,8

54,6

48,9

0,5

0,2

153,1

108,4

1186,3

695,5

Длина береговой линии, км

2200

6036

1560

2500

1364

47

2430

16137

 

Берега водохранилищ находятся под воздействием ветровых волн, вдольбереговых течений, колебания уровня воды, воздействия ледового поля.

Разрушение берегов ведет к отступлению береговой линии и формированию нового берегового профиля с плоским откосом. Особенно сильно деформируются участки там, где берега сложены лессовыми грунтами. Переработка берегов наиболее интенсивно происходит в первые годы эксплуатации, а затем постепенно затухает. Период активной переработки берега занимает обычно от 5 до 10 лет, а для стабилизации берега требуется до 20–30 лет [7]. Так, на водохранилищах Ангары, строительство которых было в основном завершено в 1959–1977 годах, продолжает активно формироваться береговая линия, интенсивно развиваются абразивные процессы, эрозионные и другие негативные геологические явления. Эти процессы не только не затухают, а, наоборот, увеличиваются как по размерам, так и по темпам развития [2]. Интенсивность развития абразионных процессов на водохранилищах и в настоящее время также продолжает оставаться достаточно высокой.

Протяженность абразионных берегов на некоторых водохранилищах достигает 50–70 % от общей длины (на Иркутском водохранилище составляет 38 %, Братском – 41 %, Усть-Илимском – 25 %, Красноярском – 71 %), а скорость отступления бровки берега составляет десятки и сотни метров в год [3].

Водохранилище Богучанской ГЭС располагается в бассейне нижнего течения Ангары, в основном на территории Кежемского района Красноярского края и частично, около 16 % по площади зеркала, на территории Усть-Илимского района Иркутской области. Берега водохранилища на большом протяжении сложены скальными и полускальными породами, поэтому переработка берегов будет незначительной. Максимальная ширина зоны переработки может иметь место в основном на участках, сложенных рыхлыми породами, и достигать в конечную стадию этого процесса около 300 м. Абразионные берега по протяженности распространяются на 766 км, что составляет 31,5 % от периметра береговой линии [1]. На рисунке представлены некоторые результаты обработки материалов [1] по прогнозу размыва берегов в пяти створах Богучанского водохранилища.

Интенсивность переформирования берегов водохранилищ зависит от многих факторов: уровенного режима водохранилища, ветро-волновых условий, геологического строения береговых склонов и ложа водохранилища, морфологических особенностей, гидрологических процессов, степени залесенности береговой полосы водохранилищ.

pic_66.wmf

Прогноз размыва берегов водохранилища Богучанской ГЭС

В литературе, рассматривающей проблему размыва берегов водохранилищ, основное внимание уделено процессу размыва берегов, сложенных из определенных типов грунта, т.е. только лишь с геологической точки зрения; не связывается размыв берегов с характером лесонасаждений на этих участках, препятствующих размыву. Но при этом, в результате размыва берегов, вместе с обвалами грунтов и выпадением их в ложе водохранилища, происходит отпад древесины с берегов водохранилищ. Поэтому, рассматривая динамические процессы на водохранилищах, необходимо связывать между собой размыв берегов с объемами древесной массы, поступающей на акваторию водохранилищ.

Исходными данными для определения объемов поступления древесной массы на акваторию водохранилища в результате размыва берегов являются:

– карты инженерно-геологического районирования берегов водохранилища, прогнозирующие (или позволяющие спрогнозировать) ширину размыва на 10-, 25-летнюю и т.д. стадию и построенные с учетом энергии ветрового волнения для каждого расчетного участка, уровенного режима водохранилища, геолого-морфологического строения береговых склонов и физико-механических свойств отложений, слагающих берега, их размываемости;

– карты-схемы размещения лесных кварталов, примыкающих к береговой линии водохранилища;

– таксационные описания лесных кварталов, примыкающих к береговой линии.

Совмещая эти карты, определяют границы размыва лесных кварталов.

Метод определения объемов поступления древесной массы на акваторию водохранилища в результате размыва его берегов, примененный для Богучанского водохранилища в работе [6], заключается в следующем. В начале определяются границы участков однотипного грунта и их протяженности по береговой линии, используя карту берегов водохранилища, каждому участку присваивается порядковый номер. Полученные данные заносят в графы 1 и 2 расчетной таблицы.

В графу 3 вносятся значения среднегодового отступления береговой кромки на данном участке, взятые по материалам многолетних наблюдений гидрометеорологических постов на действующих водохранилищах, а при их отсутствии – используют данные по водохранилищу-аналогу или прогнозные.

В графу 4 записывается площадь размыва – результат перемножения длины береговой полосы участка (графа 2) на величину отступления береговой кромки (графа 3).

В графе 5 проставляется номер лесных кварталов, расположенных в границах расчетного участка, выделенного на геологической карте. Номера кварталов выписываются с карты-схемы размещения лесных кварталов вдоль побережья водохранилища, при совмещении ее с геологической картой.

В графы 6–9 выписываются таксационные показатели этих кварталов, по которым определяют средние запасы древесины на гектар общей площади (путем деления соответствующих запасов на общую площадь), и данные вносятся в графы 10–12.

Перемножением средних запасов на гектаре различных видов древесины (графы 10–12) на площадь размыва (графа 4) получаем объем поступления древесной массы в водохранилище с расчетного участка и записываем в графы 13–15, а их сумму – в графу 16. Повторяя расчеты для всех участков, в итоге получим объем древесной массы, поступающей в водохранилище от размыва берегов.

Таблица 2

Прогноз объемов древесины, поступающей на акваторию водохранилища Богучанской ГЭС от размыва его берегов

№ п/п

Геометрия размыва берегов водохранилища

Таксационная характеристика кварталов, примыкающих к береговой линии водохранилища

Средний запас на 1 га общей площади, м3/га

Расчетные объемы древесины, поступающей на акваторию водохранилища, м3

длина, м

ширина, м

площадь, га

номер квартала

запас, м3

общая площадь, га

растущего леса

сухостоя

валежника

растущего леса

сухостоя

валежника

суммарный

растущего леса

сухостоя

валежника

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Красноярский край, Кодинский лесхоз, Кодинское лесничество (правый берег р. Ангара)

1.

1300

берег отсыпан камнем

232

177840

5810

2450

976

182,2

6,0

2,5

0,0

2.

2100

233

154280

570

4310

842

183,2

0,7

5,1

0,0

3.

2100

1,7

0,357

234

203950

3210

940

914

223,1

3,5

1,0

79,6

1,2

0,4

81,2

4.

7700

6,0

4,620

263

145330

5310

3880

583

249,3

9,1

6,7

1151,8

42,0

31,0

1224,8

15.

6000

8,7

5,220

353

195570

650

300,9

1570,7

1570,7

16.

7600

6,2

4,712

363

298950

1114

268,4

1264,7

1264,7

17.

8000

6,2

4,960

365

427950

1328

322,3

1598,6

1598,6

Σ

100600

 

36,269

               

9760,3

163,0

256,6

10179,9

Кодинский лесхоз, Проспихинское лесничество (левый берег р. Ангара)

1.

12500

1,7

2,125

3

64890

880

8940

299

217,0

2,9

29,9

461,1

6,2

63,5

530,8

2.

400

1,7

0,068

7

153530

6180

30380

807

190,2

7,7

37,6

12,9

0,5

2,6

16,0

3.

2500

2,5

0,625

266

118910

5670

15180

462

257,4

12,3

32,9

160,9

7,7

20,6

189,2

Итого

1243440

 

744,742

               

148195,7

2360,1

4663,6

155219,4

Иркутская область, Кеульское лесничество, бассейн р. Едарма (левый берег р. Ангара)

1.

1600

2,3

0,368

1

141660

3520

2010

857

165,3

4,1

2,3

60,8

1,5

0,8

63,1

2.

3600

2,3

0,828

6

241110

3750

3660

1288

187,2

2,9

2,8

155,0

2,4

2,3

159,7

Σ

5200

 

1,196

               

215,8

3,9

3,1

222,8

Катинский КЛПХ, Катинское и Зелединское (Сосновская дача) лесничества (правый берег р. Ангара)

1.

2200

3,7

0,814

254

152290

825

184,6

150,3

150,3

2.

4550

3,7

1,684

257

323130

1640

197,0

331,7

331,7

3.

4400

3,7

1,628

98

155300

11090

11240

733

211,9

15,1

15,3

345,0

24,6

24,9

394,5

Итого

330410

 

86,747

               

18202,6

626,7

704,9

19534,2

Всего

1573850

 

831,489

           

 

В качестве примера в табл. 2 представлен фрагмент расчета прогнозных объемов поступления древесины с размываемых берегов водохранилища Богучанской ГЭС при отметке нормального подпорного уровня 208,0 м БС по материалам отчета [6].

Аналогичным образом, зная величину размыва, можно определить количество поступающих в водохранилище других загрязняющих веществ с размываемых берегов: гумус, лесная подстилка и т.п.

Выводы

1. Интенсивность переформирования берегов водохранилищ и поступление древесной массы на акваторию зависит от многих факторов (геологическое строение, морфология, энергия волнового воздействия и т.д.). Среднегодовое поступление древесной массы с размываемых берегов Богучанского водохранилища составит около 175 тыс. м3 в год.

2. Предлагаемый метод определения объемов поступления древесной массы с размываемых берегов водохранилищ может быть использован для водохранилищ, построенных на лесопокрытых территориях.

3. Для защиты интенсивно размываемых берегов водохранилищ необходимо использовать плавучие волногасители простых конструкций из древесины, собранной с акватории водохранилища [4].

Рецензенты:

Рогов В.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности, ФГБОУ ВО СибГТУ, г. Красноярск;

Шевелев С.Л., д.с.-х.н., профессор, заведующий кафедрой лесной таксации, лесоустройства и геодезии, ФГБОУ ВО СибГТУ, г. Красноярск.


Библиографическая ссылка

Пережилин А.И., Корпачев В.П., Андрияс А.А., Попова А.А., Рахимов К.Х. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМОВ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ, ПОСТУПАЮЩЕЙ НА АКВАТОРИЮ В ПРОЦЕССЕ РАЗМЫВА БЕРЕГОВ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 10-1. – С. 67-71;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39125 (дата обращения: 23.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074