Влияние водохранилищ на изменение режима речного стока и водные экосистемы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат географических наук Выручалкина, Татьяна Юрьевна

• Выручалкина, Татьяна Юрьевна
• кандидат географических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат географических наук Выручалкина, Татьяна Юрьевна

Введение.

Глава 1. Динамика водопотребления и регулирование стока на основных речных системах

России.

Глава 2. Физико-географические и хозяйственно-экономические условия бассейнов рассматриваемых объектов.

2.1. Бассейн Каспийского моря.

2.1.1. Природно-климатические условия рек Каспийского моря.

2.1.2. Хозяйственно-экономические условия.

2.2. Бассейн Азовского моря.

2.2.1. Природно-климатические условия рек бассейна Азовского моря.

2.2.2. Хозяйственно-экономические условия.

2.3. Ангарский бассейн.

2.3.1. Природно-юшматические условия рек бассейна Ангары.

2.3.2. Хозяйственно-экономические условия бассейна р.Ангары.

Глава 3. Статистические характеристики речного стока рассматриваемых рек.

3.1. Стационарность стока.

3.2. Изменение режима речного стока при его регулировании.

3.3. Режим стока озерной реки и изменение его при регулировании.

Глава 4. Экологические последствия создания водохранилищ на реках.

4.1. Влияние хозяйственной деятельности на экологические условия рассматриваемых рек.

4.2. Предложения по уточнени^ерестовых попусков в нижний бьеф Волгоградской ГЭС.

4.2.1. Гидрологический режим в нижнем бьефе Волгоградской ГЭС.

4.2.2. Функционирование ихтиофауны Нижней Волги.

4.2.3. Воспроизводство Волго-Каспийского рыбного стада.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние водохранилищ на изменение режима речного стока и водные экосистемы»

Природные воды всегда играли важную роль в развитии общества. Для удовлетворения возрастающих потребностей общества в пресной воде происходит интенсивное преобразование естественного режима водных объектов. Антропогенная деятельность оказывает влияние на природные воды в двух направлениях: изменение характеристик гидрологического режима водных объектов и качества природных вод.

Настоящая работа направлена на изучение первого из указанных направлений.

Территориальная неравномерность, большая временная изменчивость речного стока затрудняют обеспечение населения и экономики России необходимым количеством воды. Эта проблема решается за счет регулирования стока рек водохранилищами. Русловое регулирование является наиболее распространенным и эффективным способом устранения дефицита водных ресурсов в маловодные годы и лимитирующие периоды, в последние пятьдесят лет оно получило особенно интенсивное развитие в районах, имеющих в среднем вполне достаточные водные ресурсы, но характеризующиеся большой изменчивостью во времени. Регулирование речного стока водохранилищами осуществляется не только для водообеспечения населения, но и отвечает интересам гидроэнергетики, водного транспорта, промышленности и сельского хозяйства. Встречаются также случаи, требующие увеличения половодного стока, например в интересах рыбного хозяйства. Причем наиболее эффективное и многоцелевое использование водных ресурсов достигается в каскадно-расположенных водохранилищах, образующих единую водохозяйственную систему. В настоящее время на многих реках сооружены каскады водохранилищ, которые коренным образом преобразуют гидрологический режим, выравнивая внутригодовое распределение стока и увеличивая расходы воды в меженные периоды. Примером могут служить Волжско-Камский, Ангаро-Енисейский и др. каскады.

Сейчас в России насчитывается 103 крупнейших водохранилища, каждое объемом свыше 100 млн. м3. Их суммарный полезный объем превышает 330 км3.

В результате сооружения и эксплуатации водохранилищ существенно изменился гидрологический режим таких важнейших рек России, как Волга, Дон, Кама, Обь, Енисей, Ангара и др. Величины этих изменений определяются соотношением объемов полезной емкости водохранилищ и стока реки, и в значительной степени зависят от водности года и режима работы гидроузлов. Эффект регулирования особенно сильно сказывается в маловодные и средние по водности годы, в исключительно многоводные годы максимальные зарегулированные расходы снижаются незначительно, а в определенных условиях могут даже превысить величины максимумов в естественных условиях. Анализ изменений гидрологического режима за счет создания водохранилищ проводится посредством сопоставления характеристик стока в створе до и после регулирования.

Сооружение водохранилищ на реках приводит к существенным изменениям естественных природных условий не только речных русел и пойм, но и в некоторой степени устьевых областей, дельт и даже режима внутренних морей, куда эти реки впадают. Сооружение водохранилищ влечет за собой уменьшение общих ресурсов пресной воды за счет дополнительных потерь на испарение, величина которых в отдельных районах составляет немалую долю в общем объеме безвозвратного водопотребления.

Для эффективного использования водных ресурсов в будущем необходимо иметь надежное представление о тех изменениях в гидрологическом режиме, которые уже произошли под влиянием хозяйственной деятельности, и о тех последствиях, к которым могут привести планируемые на реках мероприятия, преобразующие режим речного стока. В связи с этим проблема оценки влияния хозяйственной деятельности на гидрологический режим, водные ресурсы и водный баланс стоит в центре внимания современной гидрологической науки.

Объем информации, доступной на современном уровне, позволяет дополнить проведенные ранее работы, получить надежные оценки водного режима, охарактеризовать его особенности.

Строительство плотин на реках нарушает условия существования водных экосистем, как в верхних, так и в нижних бьефах. Исследование по данному вопросу весьма сложная и многоплановая задача, поэтому в диссертации рассматривается только вопрос о влиянии регулирования стока на условия существования проходных и полупроходных видов рыб в нижних бьефах гидроузлов.

Внутренние моря, реки, озера, водохранилища России богаты ценными породами рыб. Строительство гидротехнических сооружений на реках страны, являющихся традиционными путями миграции рыб, резко изменило условия воспроизводства проходных и полупроходных видов рыб, затруднило или вообще прекратило пропуск производителей к нерестилищам, сократились ареалы их обитания. А также повлияло на затопление русел и пойм и их хозяйственное использование, на распределение воды между рукавами дельты, режим ее заливания и процессы дельтообразования.

Изменившиеся условия воспроизводства рыб, заставили принять ряд мер по искусственному воспроизводству рыбных запасов. Однако теория и практика рыбного хозяйства показали, что без сохранения естественного нереста невозможно обеспечение качественного воспроизводства большинства видов рыб.

В качестве объектов исследования в данной работе было выбрано пять водохранилищ (охватывающие основные типы крупнейших равнинных водохранилищ России): Волгоградское на Волге, Цимлянское на Дону, Ириклинское на Урале, Иркутское и Братское на Ангаре. Проблема изменения режима речного стока актуальна для каждого из названных объектов, но наиболее остро она стоит для Волгоградского и Цимлянского водохранилищ, расположенных на основных нерестовых реках.

Большинство крупных систем характеризуются наличием водохранилищ, искажающих естественный режим стока. На некоторых реках на режим стока оказывают влияние озерность и заболоченность водосборного бассейна (естественное регулирование). Цель работы - изучение гидрологического режима рек в створах указанных водохранилищ до и после их создания, а также оценка влияния зарегулированных условий на нерест проходных и полупроходных видов рыб на Нижней Волге.

Задачи диссертации. В соответствии с целью работы, ставятся следующие задачи:

1) установить, соответствует ли фактический режим эксплуатации водохранилищ проектному;

2) исследовать особенности режима стока озерных рек; определить возможность применения стохастической модели на основе корреляционной теории случайных процессов для изучения режима стока озерных рек;

3) выявить статистические зависимости между половодным стоком Нижней Волги и эффективностью размножения проходных и полупроходных видов рыб.

В основу работы положен анализ материалов «Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши», «Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши» и данные, рассчитанные Гидропроектом. Также использованы материалы, опубликованные в сборниках работ КаспНИИРХ и ВНИРО. Научная новизна работы:

- проведен анализ стоковых рядов (фактических и расчетных) за почти вековой период наблюдений для основных водохозяйственных систем России (Н.Волга, Дон, Урал, Ангара);

- проведен анализ соответствия фактического режима эксплуатации водохранилищ проектному;

- за счет использования последних данных, уточнен режим речного стока под влиянием естественных и антропогенных воздействий на него;

- выполнено исследование гидрологического режима Нижней Волги после создания Волгоградского водохранилища с оценкой влияния регулирования стока и естественных процессов;

- сформулированы предложения по минимизации отрицательных последствий регулирования стока для проходных и полупроходных видов каспийских рыб, которые можно использовать при уточнении режима эксплуатации Волжско-Камского каскада ГЭС.

Практическая значимость.

Уточненные характеристики режима речного стока позволяют с большей достоверностью оценить влияние хозяйственной деятельности, а также могут использоваться в решении практических задач.

Разработанные предложения по режиму нерестовых попусков могут быть использованы для рекомендаций по эксплуатации Волжско-Камского каскада ГЭС.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и один доклад. Одна статья находится в печати. Научные результаты работы докладывались на конференции «Современные проблемы стохастической гидрологии» (Москва, 2001 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 главы и выводов. Работа изложена на 118 стр. текста и включает в себя 35 рисунков, 19 таблиц и список литературы, состоящий из 82 наименования.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Выручалкина, Татьяна Юрьевна

Результаты исследования позволили установить характер изменений режима речного стока под влиянием регулирования на реках в рассматриваемых створах.

Получены следующие выводы:

1. Установлено, что в створах рассматриваемых водохранилищ (кроме ангарских) фактический режим их эксплуатации не соответствует проектному.

2. В результате создания Иркутской ГЭС уровень воды оз. Байкал в среднем поднялся на 0,5 м, а не на 1 м, как предполагалось проектом; регулирование стока увеличило амплитуду внутригодовых колебаний уровня воды озера, а также сдвинуло прохождение минимума и максимума в режим уровней воды на более поздние сроки (от 0,5 до 1 месяца). Регулирование стока р.Ангары выравнивает сток внутри года в соответствии с основным назначением ангарских водохранилищ. Автокоррелированность стока до и под влиянием регулирования высока.

3. В работе рассмотрена проблема моделирования многолетних колебаний стока озерных рек. Установлено, что использование модели на основе корреляционной теории негауссовых случайных процессов дает удовлетворительное совпадение с выборочными оценками натурных данных стока р.Ангары в истоке. Применение данной модели на практике позволило рассчитать статистические параметры естественного стока Ангары после создания Иркутского водохранилища и оценить изменения режима речного стока при регулировании.

4. В процессе исследования гидрологического режима в нижнем бьефе Волгоградской ГЭС установлено, что ранние стоки половодья после зарегулирования обусловлены не только с деятельностью водохранилища, но и с изменениями в естественном режиме стока за этот период. Регулирование сокращает длительность половодья на 2-3 декады.

5. Проведен анализ влияния попускового режима на эффективность нереста проходных и полупроходных видов рыб. В условиях регулирования воспроизводство рыбного стада до 6 раз ниже, чем в естественных. Показано, что влияние величины нерестового попуска не является решающим, а при его фиксированных параметрах эффект воспроизводства может варьироваться в широких пределах. Следовательно, поддержание необходимого уровня воспроизводства не требует ежегодного фиксированного высокого объема половодного попуска воды (120-130 км3).

6. Выявлено, что благоприятные сочетания природных условий нереста по рассматриваемым в работе видам рыб встречаются в среднем 1 раз в 3-4 года. В периоды между такими годами промысел живет «зарядкой» от них. Оптимальной водностью половол дья для этих условий можно считать объем 100-160 км .

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Выручалкина, Татьяна Юрьевна, 2004 год

1. Авакян А.Б., Шарапов В.А. Водохранилища гидростанций СССР. М: Энергия, 1977, 400 с.

2. Авакян А.Б., Залетаев B.C., Новикова Н.М., Митина Н.Н. О проблемах экологического прогнозирования при зарегулировании стока рек //Вод. ресурсы. 1999. Т,26. № 2. С. 133-142

3. Айдаров И.П., Веницианов Е.В., Раткович Д.Я. К проблеме экологического возрождения речных бассейнов / Водные ресурсы, Т. 29, № 2,2002. С. 240-252.

4. Алехина Р.П. Об эффективности размножения рыб на отмелиорированных нерестилищах дельты Волги // Тр. ВНИРО. М.: ВНИРО, 1977. С. 81-85.

5. Алехина Р.П., Куранов А.А., Финаева В.Г. Режим весенних попусков и его влияние на ранний онтогенез полупроходных рыб Волго-Каспийского района //Тез. докл. IV Все-союз. конф. по раннему онтогенезу. Мурманск, 1988. С. 16-18.

6. Алехина Р.П., Финаева В.Г. Оценка эффективности размножения полупроходных рыб в дельте Волги //Экология молоди и проблема воспроизводства Каспийских рыб. М.: ВНИРО. 2001. С. 7-20

7. Асарин А.Е., Бестужева К.Н. Водноэнергетические расчеты. М.: Энергоатомиздат, 1986-224 с.

8. Афанасьев А.Н. Водные ресурсы и водный баланс бассейна оз. Байкал. Новосибирск: Наука, 1976.-237 с.

9. Баканов К.Г. Нелинейная вероятностная модель проточного озера // Методы построения и анализа модели сложных природных систем. Владивостокб Изд-во ДВГУ, 1986. С. 114-129.

10. Биологическая продуктивность Каспийского и Азовского морей. Сб. науч. тр. ВНИРО -М.: ВНИРО, 1982, 158 с.

11. Бронфман A.M., Дубинина В.Г., Макарова Г.Д. Гидрологические и гидрохимические основы продуктивности Азовского моря. М.: Изд-во «Пищевая промышленность», 1979.-288 с.

12. Верболов В.И., Синыкович В.Н., Карпышева H.JI. Изменение водного режима Байкала после строительства Иркутской ГЭС // География и природные ресурсы, Новосибирск: Наука. № 1,1992.-С. 50-56

13. Вещев П.В. Масштабы естественного воспроизводства волжской севрюги в современных экологических условиях //Экология. 1994. №2. С. 59-68.14