Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные геоэкологические особенности р. Ангары и ангарских водохранилищ 11
1.1. Водохозяйственная обстановка в долине р. Ангары 11
1.2. Общая характеристика Ангарских гидроэлектростанций 21
1.3. Геоэкологическая ситуация в долине р. Ангары и ее притоков после
. строительства гидроэлектростанций и создания водохранилищ 24
Глава 2. Эколого-географическая характеристика зоны влияния Усть-Илимской ГЭС 27
2.1. Характеристика района исследований 27
2.2. Геологическое строение и рельеф 29
2.3. Гидроклиматические условия 32
2.4. Устъ-Илимское водохранилище и его влияние на природную среду 35
2.5. Загрязнение водной среды Усть-Илимского водохранилища 47
2.6. Возможное изменение природной среды под воздействием Богучанского водохранилища 52
Глава 3. Усть-Илимский промышленный узел - основной источник загрязнения окружающей природной среды нижнего течения р. Ангары . 55
3.1. Общая структура Усть-Илимского промышленного узла 55
3.2. Основные показатели выбросов промышленных предприятий в приземном слое атмосферы г. Усть-Илимска 57
3.3. Качественные и количественные показатели загрязняющих веществ сточных вод, сбрасываемых в р. Ангару 73
3.4. Анализ и прогнозная оценка заболеваемости жителей г. Усть-Илимска 79
3.5. Современная геоэкологическая обстановка в нижнем течении р.Ангары 83
Глава 4. Прогнозная оценка влияния строящейся Богучанской ГЭС на геосистемы нижнего течения р. Ангары 87
4.1. Краткая характеристика строящейся Богучанской ГЭС. 87
4.2 Экологическая обстановка в нижнем течении р. Ангары после завершения строительства Богучанской ГЭС 90
4.3. Эколого-экономическая оценка ущербов от негативного влияния Богучанской ГЭС и водохранилища на природную среду нижнего течения р. Ангары 95
4.3.1 Методология экологической оценки суммарного эффекта от гидроэнергостроительства и создания водохранилища 95
4.3.2. Оценка ущербов лесным ресурсам 96
4.3.3. Ущербы сельскому хозяйству и земельным ресурсам 103
4.3.4 Ущерб водным ресурсам 106
4.3.5. Ущерб рыбному хозяйству 107
4.3.6. Ущерб системе расселения, социальной и производственной инфраструктуре в зоне влияния Богучанского водохранилища (в м пределах территории Иркутской области) 108
4.3.7. Историко-культурные ценности, попадающие в зону затопления в результате создания Богучанского водохранилища 111
4.4. Потеря самоочищающей способности водных масс 113
4.5. Оценка гидроэнергетической ренты па Богучанской ГЭС 117
4.5.1 Методические основы экономической оценки L гидроэнергоресурсов и гидроэнергетической ренты 117
4.5.2. Расчет ежегодных платежей по компенсации ущербов от создания Бо гучанского водохранилища и гидроузла 119
4 4.5.3 Результаты расчетов гидроэнергетической ренты и их анализ 120
4.6. Мероприятия по улучшению состояния окружающей природной среды от негативного воздействия Богучанской ГЭС
и водохранилища 122
Заключение 127
Список литературы 132
- Водохозяйственная обстановка в долине р. Ангары
- Устъ-Илимское водохранилище и его влияние на природную среду
- Основные показатели выбросов промышленных предприятий в приземном слое атмосферы г. Усть-Илимска
- Экологическая обстановка в нижнем течении р. Ангары после завершения строительства Богучанской ГЭС
Введение к работе
Актуальность работы. Создание водохранилищ Ангарского каскада ГЭС повлекло за собой изменение природной среды бассейна р. Ангары, выразившееся в затоплении громадной территории региона. В результате такого вмешательства в геосистемы Ангары активно начали развиваться весьма негативные экзогенные процессы, оказались значительно подорванными рыбные ресурсы и уничтоженными огромные запасы лесных ресурсов. Не менее значимыми оказались и социально-экономические потери. В зону затопления водохранилищ и, в дальнейшем, в полосу переработки берегов попали обширные сельскохозяйственные угодья и лесные массивы, населенные пункты и объекты промышленного назначения. Кроме того, в зоне Ангарских водохранилищ, особенно на местах сосредоточения крупных промышленных предприятий, присутствуют выбросы вредных веществ в атмосферу и сбросы сточных вод в водоемы, превышающие ПДК по отдельным компонентам в несколько раз.
Серьезная обстановка может сложиться в нижнем течении р. Ангары в связи со строительством Богачунской ГЭС и созданием водохранилища. После завершения строительства и сдачи в эксплуатацию нового гидроузла на Ангаре до проектных (самых высоких) отметок нормального подпорного уровня (НПУ-208 м) природе, хозяйству и населению Усть-Илимского района будет нанесен огромный ущерб, восполнение которого практически невозможно. Ухудшение экологической обстановки в Усть-Илимском районе в связи с подпором воды от Богучанской ГЭС создаст критическую ситуацию, близкую к катастрофической. Во-первых, резко ухудшится качество воды по гидрохимическим и гидробиологическим показателям, что приведет к евтрофности будущего Богучанского водохранилища. Во-вторых, широкое распространение получат экзогенные геологические процессы, масштабы проявления которых нисколько не уступят формированию берегов Братского и Усть-Илимского водохранилищ. В-третьих, непредсказуемый урон будет
нанесен животному миру, особенно околоводным животным, практически будут подорваны рыбные запасы нижнего течения р. Ангары. В-четвертых, уже возникла серьезная социальная проблема, которая в дальнейшем будет обостряться в связи с переселением населения из обжитых плодородных мест на совершенно непригодные для сельскохозяйственного освоения земли. В-пятых, из-за плохой очистки ложа будущего Богучанского водохранилища от остатков деревьев, сухостоя, валежника, недревесной растительности и к тому же «бесхозной древесины», поступающих в период разрушения берегов, лесосплава и выносов древесины из притоков, Ангара из-за своей слабой проточности превратится в медленно гниющий водоем.
Следовательно, назрела острая необходимость дать оценку влиянию строящейся Богучанской ГЭС на все геосистемы нижнего течения р. Ангары и подсчитать экономические ущербы от негативного влияния на природу, хозяйство Усть-Илимского региона. Данная проблема в настоящее время стала настолько актуальной и требует принятия неотложных мер.
Целью работы является изучение геосистем нижнего течения р. Ангары, видоизмененных в результате создания каскада гидроэлектростанций и водохранилищ.
Задачи исследования:
Водохозяйственная обстановка в долине р. Ангары
Река Ангара (рис.1,2,3,4) - крупнейшая водная артерия юга Восточной Сибири. Сток ее формируется в основном за счет оз. Байкал и в меньшей степени - за счет множества впадающих в нее притоков (Астраханцев, 1962; Водные ресурсы..., 1983). Река и каскад ее водохранилищ являются основным хранилищем поверхностных вод региона. Объем их водных ресурсов оценивается десятками тысяч км3, из которых 1,778 тыс. км3 свежей воды используется на производственные и хозяйственно-бытовые нужды (Арасланова и др., 2004).
Малая минерализация р. Ангары и довольно низкая температура в летнее время являются очень ценными свойствами для многих технологических процессов, способствующими тому, что на берегах реки построены предприятия химической, алюминиевой, горнорудной, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности. Начиная с 50-х годов XX века для освоения исключительно дешевых гидроэнергоресурсов Ангары, были построены каскады гидроэлектростанций - Иркутская, Братская и Усть-Илимская общей мощностью 9 млн. кВт (более 20 % мощности всех ГЭС России (Авакян и др., 1987) (табл. 1)).
Ангара и водохранилища являются основными источниками хозяйственно-питьевого централизованного водоснабжения городов и других населенных пунктов Приангарья. Водоподготовка предусмотрена на водозаборах городов Ангарска, Братска, Усть-Илимска, Черемхова, Свирска. На водозаборах Иркутска, Шелехова, предприятий Усольского завода горного оборудования, ОАО «Иркутский авиационный завод» осуществляют только обеззараживание воды. Хозяйственно-питьевые водозаборы и сбросы расположены на местах рассосредоточения населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий в основном по левому берегу Ангары и водохранилищ, влияние которых на количество воды очень велико.
Об этом свидетельствуют резкое увеличение объема сбрасываемых вод в Ангару (до 8076000 м3/сутки) и количество загрязненных промстоков (2717000 м3/сутки) (Арасланова и др., 2004).
Следовательно, в долине р. Ангары, где расположены практически все промышленные предприятия Иркутской области, основную роль в процессе формирования качества природных поверхностных вод играют антропогенные источники воздействия. Наиболее заметно на качество воды воздействуют загрязнения, поступающие в водные объекты с промышленными и коммунальными сточными водами. Основным источником загрязнения является поверхностный сосредоточенный сток с урбанизированных территорий города, промышленных предприятий, транспортных магистралей. Существенную долю в загрязнения вносит и сельское хозяйство в результате смыва с полей ядохимикатов и удобрений, а также молевой и плотовой сплав, речной транспорт и водный туризм. К числу значительных источников воздействия на водно-экологическое состояние Ангары относится гидроэнергетика, которая способствует созданию обширных слабопроточных водохранилищ с замедленным водообменом, гниением огромного количества затопленной древесины и понижением самоочищающей способности водных масс. Для сравнения нами приведена характеристика по крупнейшим рекам России, на которых построены гидроэлектростанции (рис. 5). Как видно из рисунка, Ангара занимает 10 место по объему сброса сточных вод.
Зарегулирование Ангары, создание крупнейшего гидроэнергетического каскада, а также размещение в долине реки крупных и разнообразных по применяемым технологическим процессам производств обусловили появление серьезных экологических проблем на юге Восточной Сибири. В настоящее время из 41 города России, с высоким уровнем загрязнения атмосферы, 5 городов расположены в бассейне р. Ангары: Ангарск, Братск, Усолье-Сибирское, Шелехов и Иркутск.
В среднем в бассейн Ангары поступает 1544 млн/м сточных вод в год, с которыми сбрасываются 13,2 тыс. т сульфатов, 748 т фосфатов, 3,3 тыс. т азота аммонийного, 0,21 тыс. т нефтепродуктов, 4,9 т фенолов (табл. 2).
Наибольший объем загрязняющих сточных вод в бассейн Ангары поступает от предприятий лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности (31,0%), химической и нефтехимической промышленности (26,5%), энергетики (18%), коммунального хозяйства (14,5%).
В настоящее время качество воды Ангары в результате значительного антропогенного влияния не соответствует требованиям ГОСТа «Вода питьевая» (СанПин 2.1.4.027-95, 1995; Санитарные..., 1988; Государственный доклад, 2003-2005 «Вода питьевая», 1994): в районе городов Иркутск, Ангарск, Усолье-Сибирское - по химическим и бактериологическим показателям; в районе городов Черемхово, Свирск, Братск, Усть-Илимск - по химическим показателям (рис.6).
Устъ-Илимское водохранилище и его влияние на природную среду
Каскад ангарских гидроэлектростанций включает в себя Иркутское, Братское, Усть-Илимское и строящееся Богачунское водохранилища (рис. 7). Они располагаются в долине р. Ангары на протяжении более чем 1300 км, создав громадные водоемы, сопоставимые по масштабам с системой Великих озер Северной Америки. Эти искусственные водоемы, созданные человеком за десятилетия, обусловили сильное негативное воздействие на природную среду во много раз превышающее, объемы естественных водоемов.
Одним из характерных особенностей ангарских водохранилищ является то, что они объединены в одну протяженную группу, отличающую их от водохранилищ европейской части России и других стран. Другой особенностью может служить сильная эрозионная расчлененность поверхности Средне-Сибирского плоскогорья долинами многочисленных рек, определившая сильную изрезанность береговой линии. Эти отличительные признаки нашли свое проявление в характере формирования берегов, выразившееся в образовании большого количества заливов. Следовательно, сильная изрезанность береговой линии исключает возможность образования мощных вдоль береговых потоков наносов и, стало быть, определяет слабое развитие аккумулятивных береговых форм рельефа (Формирование берегов..., 1976; Метарзин и др., 1977, 1981; Banach, 1994; Овчинников, 2003 и др.).
Отличительной особенностью р. Ангары от других рек является равномерность стока в течение года, благодаря регулирующему влиянию оз. Байкал. Отношение максимального расхода Ангары к минимальному в истоке составляет 6,2 (для Волги у г. Самары - 37, для Енисея у г. Красноярска - 80) (Иванов, 1991). Влияние оз. Байкал, как основного регулятора стока, отмечается на всем протяжении р. Ангары. Но, однако, с нарастанием стока по длине реки увеличивается и неравномерность его внутригодового распределения под влиянием приточности.
Продольный профиль и схема Ангарского каскада ГЭС
По мере удаления от оз. Байкала возрастает доля стока теплого периода (ноябрь-апрель) (Братское водохранилище..., 1978; Иванов, 1991).
Создание водохранилищ Ангарского каскада ГЭС вызвало развитие в береговой зоне многих экзогенных геоэкологических процессов, однако, наибольшее развитие как по интенсивности, так и по масштабам получили абразивно-аккумулятивные (Изменение..., 1985; Водохранилище..., 1986). Ими охвачена береговая линия на протяжении около 3 тысяч километров. Интенсивность процесса велика. Максимальная ширина размыва за период эксплуатации водохранилищ доходила до 200 м. В зону размыва попали поселки, садоводческие кооперативы, сельскохозяйственные угодья и лесные массивы.
По геологическому строению территория, прилегающая к зоне влияния Усть-Илимской ГЭС, входит в состав южной части Сибирской платформы и сложена мощной толщей кембрийских, ордовикских, силурских, карбонских, юрских и четвертичных отложений (Усть-Илимское водохранилище..., 1975). Толщи этих пород постепенно погружаются в северо-западном направлении, что обуславливает смену мезозойских и палеозойских отложений по берегам Ангары с юга на север. При этом состав и свойства горных пород, слагающие отдельные стратиграфические толщи, весьма различны. Имеются толщи, сложенные преимущественно карбонатными породами, и толщи, содержащие слои и линзы гипсоносных, глинистых или песчанистых пород. Отдельные слои содержат водоносные горизонты, другие могут быть безводными или слабообводненными.
Геологическое и структурно-техническое строение рассматриваемой территории, несмотря в целом на горизонтальное залегание пород, которые часто перемежаются, обусловлено пестротой литологического состава, наличием тектонических разломов, трещиноватостей и многочисленных интрузий. В целом, в геологическом разрезе выделяется три структурных
этажа: палеозойский, мезозойский и кайнозойский. Наибольшее распространение здесь получил мезозойский трапповый комплекс. Все породы коренной основы относятся к твердым и полутвердым образованиям и в невыветренном состоянии характеризуются высокой механической прочностью. Максимальным сопротивлением одноосному сжатию обладают трапы (14000 н/м3), наименьшим - терригенные породы угленосной формации карбона, перми и юры из зоны гипергенеза (300 н/м ).
Отложения нижнего и среднего кембрия встречаются в ядре литвинцевской антиклинали и представлены доломитами, доломитизированными известняками с прослоями мергелей, гипса и ангидрита ангарской свиты. Отложения верхнего кембрия (верхоленская свита) обнажены в верховье Илимского залива и сложены красноцветными мергелями, известковистыми песчаниками, алевролитами и аргиллитами (усть-кутская, ийская, мамырская и братская свиты). Их перекрывают породы верхнего кембрия, ордовикские образования (песчаники, алевролиты, аргиллиты и известняки). На этих отложениях залегают породы нижнего силура (кежемская и ярская свиты). В литологическом отношении среди них выделяются песчаники, аргиллиты и доломиты. Местами на береговых уступах обнажаются породы карбона (песчаники тушамской и песчаники с прослоями аргиллитов и алевролитов катской свиты). Породы пермской системы слагают в основном водораздельные участки (песчаники с прослоями алевролитов и аргиллитов, углистых сланцев).
Основные показатели выбросов промышленных предприятий в приземном слое атмосферы г. Усть-Илимска
Распределение выбросов на окружающую природную среду осуществляется в зависимости от направления (розы) ветров и метеорологических условий диффузии загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. Особая выразительность в распределении выбросов от промышленных предприятий в данном районе объясняется наличием двух водных объектов - р. Ангары и Усть-Илимского водохранилища, усиленная сложной орографией прилегающей территории.
В районе г. Усть-Илимска и прилегающей территории повторяемость ветров разных направлений по данным метеостанции Невон характеризуется тем, что периодичность штилей способствует накоплению загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы, особенно в зимние месяцы - от 49 до 60% (табл. 6).
Как видно из таблицы 6, в целом преобладают ветры юго-западного направления, число которых увеличивается в зимние месяцы до 58%. Эти ветры как раз и обеспечивают относительную чистоту приземного слоя атмосферы в городе.
Для г. Усть-Илимска характерны небольшие скорости ветра. Так, многолетняя среднегодовая скорость ветра составляет 1,9 м/сек, которая значительно уменьшается в зимнее время года. И это условие является весьма неблагоприятным показателем концентрации вредных примесей в приземном слое атмосферы в городе и его окружении.
Также нежелательные условия для жителей города и прилегающих территорий создаются, когда длительная штилевая погода сочетается с туманом. Так, по нашим наблюдениям (Арасланова и др., 2004), повторяемость туманов в летние месяцы колеблется в пределах от 8 до 12 дней, а зимой - от 1 до 3 дней. Возрастание туманов в летние месяцы связано с тем, что открытая поверхность водоемов с более низкой по сравнению с воздухом температурой воды способствует процессам конденсации водных паров из атмосферного воздуха (при штиле и слабом ветре). В годы после строительства Усть-Илимской ГЭС р. Ангара в нижнем бьефе не стала замерзать даже в очень сильные морозы и поэтому при слабых ветрах здесь образуются туманы, которые охватывают часть «Старого» города и пос. Невон (рис. 12,13).
Для выявления причин изменчивости загрязнения приземного слоя атмосферы нами были рассчитаны многолетние значения метеорологического потенциала атмосферы (МПА). (Методика расчета..., 1986; Методические..., 1987). В свою очередь МПА является функцией двух величин: метеорологического потенциала загрязнения атмосферы (МПЗА) и метеорологического потенциала самоочищения атмосферы (МПСА): МПА= МПЗА = Рш + Рт , где МПСА = Р0 + Рв Рш - повторяемость скоростей ветра 0-1 м/сек, %; Рт - повторяемость дней с туманами, %; Р0 - повторяемость дней с осадками 0,5 мм, %; Рв- повторяемость скоростей ветра 6 м/сек, %. Согласно проведенным расчетам: - МПА 1 - соответствует хорошим условиям для рассеивания примесей; - 1 МПА 3 - имеются условия для накопления загрязняющих веществ в атмосфере; - МПА 3 - условия для рассеивания примесей крайне неблагоприятные. Расчеты МПА и его составляющих нами выполнены по среднемноголетним данным метеостанции Невон (г. Усть-Илимск) (табл. 7).
Экологическая обстановка в нижнем течении р. Ангары после завершения строительства Богучанской ГЭС
Богучанский гидроузел расположен в юго-западной части Средне-Енисейского плоскогорья на р. Ангаре, в 456-459 км от устья. Сам створ гидроузла находится в районе г. Кодинска Красноярского края.
Подготовительные работы по сооружению Богучанской ГЭС начались еще в 1974 г. согласно техническому проекту, выполненному проектным институтом «Гидропроект». А само русло р. Ангары было перекрыто плотиной в 1987 г. При этом были установлены следующие характеристики параметров гидроузла (табл. 23).
Следует отметить, что из-за перестроечного периода 90-х годов прошлого столетия ввод в эксплуатацию Богучанской ГЭС сильно затянулся. В настоящее время выполнение сметной стоимости (освоение капитальных вложений) составляет 50% от заданного проекта. Так, например, по состоянию на 01.01.2005 по бетонным работам выполнено 5 млн. м3, вместо запланированных по проекту 19 млн. м3. В сооружениях гидроузла верхние столбы отдельных секций станционной части бетонной плотины возведены до отметки 165 м (вместо 280 м по проекту). Кроме того, эпизодически осуществляется выемка скалы в котловине здания ГЭС, ведется монтаж металлической облицовки концевых участков эксплуатационных водосборов, и продолжаются работы по возведению центральной зоны плотины.
Одновременно ведутся очень сложные инженерно-геологические работы по защите правобережной части от оползневых явлений. Здесь согласно проекту каменно-набросная часть плотины примыкает к оползневому склону. Этот сложный участок строительства связан с проведением комплексных противооползневых мероприятий (устройство контрбанкетов; сооружение нагорных канав, кюветных лотков; проведение береговых процементационных работ).
Что касается линейных сооружений, то к створу гидроузла и г. Кодинску подведены двухцепная линия электропередач мощностью 220 кВт и автомобильная дорога Седаново - Кодинск, а также имеется хороший аэропорт недалеко от г. Кодинска.
В настоящее время в зоне водохранилища в целом закончена лесосводка товарной древесины, частично осуществлена лесоочистка спецучастков. К сожалению, затопляемые сельхозугодья компенсированы не полностью. Всего освоено новых земель под сельхозугодья на площади 4 тыс. га по сравнению с проектными 28 тыс.га. К тому же выбранные земельные угодья взамен затопляемых компенсированы малопродуктивными землями на таежных приводораздельных участках.
Из зоны затопления переселены всего 865 семей вместо 3118 запланированных по проекту, так как не построены новые поселки. А те поселки, которые сейчас функционируют, построены с очень низким качеством и степенью благоустройства, без учета интересов и традиционного уклада жизни местного населения. В новых поселках Проспихино, Ново-Болтурино, Нижняя Кежма, Нижняя Недокура и других, питьевая вода, взятая из подземных водозаборов, не соответствует ГОСТу «Питьевая вода» по железу, никелю, нефтепродуктам, фенолам и т.п. К тому же строительство водоочистных сооружений не предусмотрено проектом, и жители этих поселков вынуждены пользоваться привозной водой.
В настоящее время сложилась довольно сложная обстановка из-за устаревшего проекта и затянувшегося строительства, а именно: - отсутствует достаточное обоснование строительства Богучанской ГЭС; - нерешен вопрос о возможном направлении электроэнергии за пределы ЕЭС Сибири); - недостаточно обоснованна эксплуатационная надежность правобережного примыкания каменнонабросной плотины к древнему, оползневому массиву; - не в полном объеме учтены воздействия водохранилища, сведения лесов в береговой зоне, прокладки лесовозных дорог, изъятие сельскохозяйственных земель и выделение вместо этого непригодных земель; - не учтено воздействие будущего Богучанского водохранилища на активизацию криогенных явлений, связанных с оттаиванием многолетнемерзлых пород; - не решен вопрос водоснабжения населенных пунктов в зоне влияния Богучанской ГЭС;
