Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Физико-географические особенности территории и состояние изученности водных
проблем 2.
1.1. Природные условия региона 9
1.2, Климатические особенности территории , 17
1.3. Состояние изученности водных проблем 22
Глава 2. Водные ресурсы территории
2.1. Особенности гидрологического режима рек
2.2. Водные ресурсы территории 53
2.3. Внутригодовое распределение речного стока 66
2.4. Краткая характеристика качественного состояния водных ресурсов 76
Глава 3. Гидроэнергетические ресурсы Южно-Якутского ТПК и возможности их использования 81
3.1. Методика определения потенциальных гидроэнергетических ресурсов 82
3.2. Гидроэнергетические ресурсы территории 87
3.3. Перспективы использования ресурсов водной энергии 9^
Глава 4. Перспективы водопотребления и оценка их влияния на водные ресурсы территории 99
4.1, Современное водопотребление 99
4.2. Комплексная программа формирования Южно-Якутского ТПК
4.3. Перспективы использования водных ресурсов... 109
4.4. Оценка антропогенного влияния на водные ресурсы региона и 128
Глава 5. Выявление дефицитов водных ресурсов на территории Южно-Якутского ТПК и пути их ликвидации 138
5.1. Перспективные водохозяйственные балансы территории 139
5.2. Выявление дефицитных и напряженных по воде водохозяйственных участков 147
5.3. Мероприятия по ликвидации ожидаемых дефицитов воды в регионе , 156
Основные выводы и рекомендации 162
Литература 166
Приложения
- Природные условия региона
- Особенности гидрологического режима рек
- Методика определения потенциальных гидроэнергетических ресурсов
- Современное водопотребление
- Перспективные водохозяйственные балансы территории
Введение к работе
Рациональное и комплексное использование водных ресурсов стало одной из наиболее актуальных проблем в эпоху современной научно-технической революции.
Многие страны мира сегодня испытывают недостаток воды, что в немалой степени тормозит развитие их национальной экономики. Острота этой проблемы непрерывно возрастает в связи с ростом численности населения, развитием промышленности и сельского хозяйства. Затруднения в водообеспечении народного хозяйства чувствуются и в некоторых районах нашей страны {Средняя Азия, Казахстан, Закавказье, Донецко-Приднепровский район, Курская область и др.).
Огромный регион Северо-Востока страны, издавна считаясь водообеспеченной территорией Союза, до недавнего времени не был практически охвачен перспективными схемами рационального и комплексного использования и охраны водных ресурсов. Не явился исключением в этом отношении и рассматриваемый район Ккной Якутии, который по концентрации различных природных ресурсов и экономической значимости занимает особое место среди других районов не только Якутской республики, но и страны.
Реки Южной Якутии обладают значительными запасами гидроэнергии, освоение которых явится организующим фактором комплексного использования водных ресурсов. Планирование развития гидроэнергетики во многом зависит от полноты и качества учета гидроэнергетических ресурсов территории. В этой связи необходимо подчеркнуть, что изученность водноэнергетического потенциала рек Южной Якутии весьма недостаточна. Так, инсти- тутом Гидропроект при изучении водноэнергетических ресурсов СССР были охвачены только крупные реки Якутии.
В последние годы все большее внимание приобретает роль малых ГЭС для энергоснабжения изолированных населенных пунктов Севера, поэтому более полный учет потенциальных гидроэнергоресурсов рек и развитие методов их расчета является весьма актуальной задачей.
В проекте ЦК КПСС к ХХУІ съезду "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 г." сказано: "Продолжить формирование Южно-Якутского территориально~производственного комплекса, завершить строительство угольного разреза, обогатительной фаб~ рики и первой очереди Нерюнгринской ГРЭС".
В настоящее время идут интенсивные работы по реализации этих планов, по созданию крупного Южно-Якутского ТПК - первенца освоения обширной зоны влияния Байкало-Амурской магистрали.
По разработкам экономистов, границы Южно-Якутского ТПК являются динамичными во времени, поэтому в данной работе рассматривается ареал его развития примерно до 2000 г., т.е. в пределах Центральной части Алданского нагорья.
Создание крупных водоемких производств в совокупности со специфическими гидрологическими условиями Южной Якутии явится причиной появления здесь острой проблемы рационального использования и охраны вод. Актуальность этого вопроса подтверждается создавшимся уже сегодня затруднением с водой в.Нерюнгринском узле как в количественном, так и качественном аспекте.
Необходимо подчеркнуть, что до настоящего времени в республике еще не было сколько-нибудь серьезных научных разрабо- ток по этой проблеме.
В связи с этим целью настоящей работы является исследование специфики учета, распределения и использования водных и гидроэнергетических ресурсов Ккной Якутии на современном [ уровне и в перспективе, а также оценка влияния интенсивного ; освоения территории на водные ресурсы Южно-Якутского ТПК. Немаловажной задачей работы является также определение рациональных путей преодоления ожидаемых затруднений, связанных как с водоснабжением, так и с загрязнением рек.
В условиях слабой гидрологической изученности исследова-\ ны и уточнены водные ресурсы региона, выявлены особенности І виутригодового распределения речного стока по основным водохозяйственным створам.
На основе анализа существующих методов расчета гидроэнергетических ресурсов малых рек и их дальнейшего развития впервые установлен наиболее полный гидроэнергетический потенциал рек Южной Якутии. Многолетние полевые обследования, проведен-ные автором работы на реках бассейна Алдана, позволили уточнить и дополнить имеющуюся схему энергетического их использования .
На базе существующей концепции перспективного развития f и размещения производительных сил Южной Якутии и современных \ нормативных материалов по водопотреблению впервые составлен прогноз использования водных ресурсов региона. При выполнении этой работы был применен принцип вариантности с учетом динами-ки прогресса в водном хозяйстве рассматриваемой территории.
На основании прогнозной оценки влияния хозяйственной деятельности человека на водные ресурсы Южной Якутии показана опасность качественного их истощения в маловодные периоды года.
Таким образом, на защиту выносятся следующие основные положения диссертации: f. I. УТо_ карТа среднего oTOKa. поз, „0Лу-/V чить более достоверные стоковые характеристики по неизученным рекам Южной Якутии, а также новые данные о водных ресурсах территории. В горной части региона впервые выявлено наличие четкой связи нормы стока со средней высотой водосборов, которая была использована при уточнении карты как вспомогательный материал. і' ,//V Проверка точности карты проводилась на независимом мате- /триале, при этом погрешность определения нормы стока не превы-
Ур^шает допустимых величин. " j-у 2. Усовершенствованная методика расчета гидроэнергетиче- ских ресурсов малых рек, основанная на прямой зависимости потенциальной мощности водотока от его длины. Использование этой методики для малых неисследованных рек Севера значительно упрощает расчетные работы, и при этом точность расчетов остается сравнительно высокой. Применение этой методики позволило впервые определить полный гидроэнергетический потенциал рек Южно-Якутского ТПК.
3. Методика поэтапного составления перспективных водохозяйственных балансов с учетом валовых, сезонных и помесячных объемов стока различной обеспеченности, а также в зависимости от сочетания типов водоисточников, позволяющая в условиях слабой гидрологической информации наиболее обоснованно пред-I ставить условия водообеспеченности народного хозяйства региона. Такой методический подход дал возможность впервые для территории Южно-Якутского ТПК доказать ожидаемый в ближайшей перспективе острый дефицит в воде.
В заключении работы приводятся выводы и рекомендации по устранению или смягчению ожидаемых дефицитов воды и сохранению качественного состояния рек рассматриваемой территории.-
Основные положения диссертации приняты и использованы:
Всесоюзным институтом Ленгипрогор при составлении проекта районной планировки Южной Якутии (1977 г.);
Отделом экономики ЯФ СО АН СССР для обоснования размещения металлургического завода на территории Южной Якутии (1977 г.);
Госпланом Якутской АССР при уточнении планов развития и размещения производительных сил юга республики до 1990 г. Ц978 г.);
Всесоюзным институтом Гидропроект при разработке и уточнении Генеральной схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов СССР на период до 1990 г. (1979 г.);
Институтом географии Сибири и Дальнего Востока в научном отчете "Современное и прогнозируемое состояние водных ресурсов зоны БАМ" (1979 г.)«
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка использованной литературы из 145 наименований.
В тексте, насчитывающем 198 машинописных страниц, приводится 29 таблиц, 20 рисунков и 4 приложения.
class1 Физико-географические особенности территории и состояние изученности водных
проблем class1
Природные условия региона
Орография является одной из основных составляющих подстилающей поверхности, которая существенно влияет на величину и распространение осадков, а следовательно и на средний сток. Это влияние видно на том примере, что изолинии на картах среднего стока в общем повторяют особенности рельефа.
Орография рассматриваемой территории отличается некоторым разнообразием. Бассейн Верхнего Алдана - это всхолмленное, покатое к северу плато с высотами 800-1000 и в области Алданского нагорья, имеющего денудационный тип /122/. Западная часть II района обрамляется Чугинским плоскогорьем с наибольшей высотой 1306 м и Амгинским хребтом (1287 м). В самом регионе выделяются такие хребты, как Томмотская гряда (1616 м), южнее ее - Западные Янги с высотой 1603 м (г. Звота), на самом юге -кряж Зверева (2007 м), почти слившийся со Становым хребтом, а восточная часть ограничена Алдано-Учурским хребтом (2264м), являющимся водоразделом рек Тимптона и Учура.
Сочетание таких возвышенностей с глубоким эрозионным врезом рек обеспечивает хороший дренаж горных пород и повышенную динамичность подземных вод /85/. На территории Южной Якутии существует довольно четкая связь среднего стока с высотой водосборов, которая более подробно рассматривается в гл. 2.
Геологическое строение и гидрогеологические особенности территории находятся в тесной взаимосвязи /85,122,134/ и в настоящее время интенсивно изучаются. Рассматриваемый регион в геологическом отношении входит в состав Алданского щита, в строении которого принимают участие сложнодислоцированные кристаллические породы докембрийского возраста, перекрытые карбонатными породами нижнего кембрия и образованиями юрского и мелового возраста. Широкое развитие получили рыхлые антропогеновые отложения.
Горные сооружения, сложенные метаморфическими и магматическими породами, разбиты тектоническими нарушениями. Осадочные породы южной окраины Чульманского бассейна смяты в крутые складки, осложненные крупными разрывными сдвигами.
Исследуемая территория относится к Алданской гидрогеологической области, которая включает Алданскую систему массивов трещинных вод с наложенными на нее бассейнами пластовых вод /85/. Метаморфические породы архея отличаются повышенной обводненностью на участках пересечения тектонических трещин и в подрусловых таликах, где дебит источников составляет несколько литров в секунду.
Архейские толщи перекрываются карбонатными породами кембрия и песчано-глинистыми угленосными отложениями юры. В Чульманском бассейне господствуют трещинно-пластовые воды, разгрузка которых происходит по разломам в глубокие долины рек Тимптона, Унгры, Дурая. Дебит только тимптонских источников по всей зоне разгрузки достигает 10 м3/с /122/, Воды гидрокарбонатные магниево-кальциевые с минерализацией 0,15 г/л.
Особенности гидрологического режима рек
Особенности питания и водный режим рек рассматриваемой территории зависят главным образом от совокупности климатических, мерзлотных, почвенно-растительных и других факторов. Появились сведения о зависимости колебаний стока рек от космико-географических факторов /9/, действующих через атмосферную циркуляцию и метеорологические элементы.
Наиболее характерными элементами режима рек Южной Якутии являются весеннее половодье, летние и осенние паводки и исключительно длительная зимняя межень.
Характер питания рек смешанный с преобладанием дождевого (дальневосточный тип). В среднегодовом стоке доля снегового питания составляет 20 4Q#, подземной составляющей - IO I5#, остальная часть приходится на долю дождевого питания /95/.
Особенности водного режима рек территории соответствуют характеру их питания, т.е. гидрограф рек характеризуется высокими летне-осенними паводками (рис. 2.2), которые зачастую мало отличаются от колебания уровней весеннего половодья.
Подъем уровней воды на реках начинается в первой декаде мая, максимум половодья наблюдается в конце мая. Наступление летних минимальных уровней наблюдается примерно в августе, зимних - в период февраля-апреля. Для малых рек территории характерны большие уклоны и сильное течение и ярко выраженный горный режим.
Максимальная интенсивность подъема и спада уровней весеннего половодья наблюдалась в 1959 г. в п. Суон-Тиит - соответственно 328 и 252 см в сутки, а летне-осенних уровней 293 и 271 см/сутки - в 1958 г. в г. Томмоте и в п. Суон-Тиит.
Наибольшая годовая амплитуда колебаний уровней воды отмечена на р. Тииптон в пункте "Усть-Тимптон" в 1970 г. /1195 см/.
Максимальный сток. Наибольшие расходы воды на реках территории наблюдаются и в период весеннего половодья и во время летних паводков: число таких лет в среднем одинаково. Однако самые большие расходы воды на реках территории чаще всего принадлежат летним дождевым паводкам.
Особенности формирования весеннего стока обусловлены тем, что весной в результате интенсивного роста температуры воздуха и наличия водоупора из мерзлых пород талые воды быстро поступают в речную сеть, образуя высокое половодье.
Наибольший слой весеннего стока на Алданском нагорье составляет 300 мм и более; коэффициенты вариации ( Cv) - 0,20-0,25, коэффициенты асимметрии ( Cs ) для некоторых рек территории достигают 3,0 /95/.
Методика определения потенциальных гидроэнергетических ресурсов
Исходным материалом для выявления полных запасов гидроэнергии явились крупномасштабные топографические карты бассейна р. Алдан, работы Якутского управления Госкомгидромета по инвентаризации рек Якутской АССР, а также уточненная карта среднего стока, приведенная в главе 2 данной работы.
Гидроэнергетический потенциал рек определяется обычно двумя группами учета: линейным (наиболее точным) и приближенным, так называемым обобщенным,методами. Критерий отнесения к той или иной группе учета определяется по величине "начального расхода" QH (М3/С), который вычисляется по следующей фор-муле при модуле стока более 10 л/с .км /18/: где Mo - средний многолетний модуль стока, л/с«км F0 - среднее значение величины начальной площади водосбора, км .
При модуле не более 10 л/с.км величина QH выбирается из специальной таблицы Инструкции /18/ в зависимости от типа рельефа и масштаба карты.
Однако уровень гидрологической изученности рассматриваемой территории не позволяет в полной мере использовать вышеуказанный критерий, поэтому за принцип отнесения к той или иной группе учета приняты размеры рек /126,127,128/. Исходя из этого все реки территории были разбиты на две группы: первая (і) - реки длиной 50 км и более, вторая (П) -» д-длиной от 10 до k9 км.
Современное водопотребление
Территория Якутии, в том числе и ее южная часть, отличается очень слабой информацией о размерах использования воды населением и различными отраслями народного хозяйства.
По весьма приближенным данным, основанным на отчетных материалах наиболее крупных предприятий, современное водопотребление в республике составляет около 500 млн.м3 воды в год, из которых 11% использует горнодобывающая промышленность.
На территории Южной Якутии в настоящее время действует около 70 артезианских скважин и более десяти водозаборных колодцев, которые в большинстве случаев не оборудованы приборами для учета расхода воды и измерения уровня подземных вод. Многие населенные пункты производят водозабор непосредственно из водоемов, а в зимний период для хозяйственно-питьевых нужд широко используется лед; некоторая часть населения запасается льдом и на весь теплый период года. Таким образом, на территории Южной Якутии весьма затруднительно определить современное водопотребление населением и народным хозяйством.
В данной работе для определения современного уровня водопотребления были использованы нормативы СНиП П-ЗІ-74 /НО/ для городских и промышленных районов с учетом расходов воды на местную промышленность, коммунальные нужды, строительство и транспорт, поливку улиц и зеленых насаждений с корректировкой на климатические условия рассматриваемого региона. Эти нормативы были уточнены путем анализа разрозненных фактических данных о величинах использования воды по отдельным предприятиям.и населенным пунктам Южной Якутии. Таким образом, было определено удельное водопотребление на современном уровне для территории Южно-Якутского ТПК с учетом вышеперечисленных расходов в размере 350 л/сутки на одного человека. Необходимо добавить, что в эти нормативы не были включены крупные водопотребители с объемом использования воды не менее 500 тыс.м3 в год, которые учитываются в общей сумме водопользования отдельно.
В результате выполненных расчетов выявлено, что современный объем использования воды на территории составляет около 30 млн.м3 в год (без учета водопользования золотодобывающей промышленности). Эта величина хорошо корреспондируется с данными Ленского управления по регулированию использования и охраны водных ресурсов (ЛБТУ), что показывает на правильность принятой нами укрупненной нормы водопотребления.
Перспективные водохозяйственные балансы территории
На первом этапе определения водообеспеченности народного хозяйства района необходимо сопоставить наличные водные ресурсы за весь маловодный год (95$ обеспеченности) с валовым объемом потребности воды по расчетным створам и по бассейнам в целом. Это позволит сразу выявить бассейны или створы с явно недостаточными водными ресурсами, а также створы, где степень удовлетворения потребности в воде затруднена. Для характеристики степени водообеспеченности применяется класси фикация по показателю 0 = , где W - наличные водные ресурсы по году 95$ обеспеченности; W - объем водопотребления /28/.
В табл. 5.1 приведен ВХБ для основных водохозяйственных створов района по валовому объему потребной воды в год 95% обеспеченности по трем расчетным уровням развития народного хозяйства региона.
Анализ этой таблицы показывает, что большинство водохозяйственных створов по показателю " С " обладает избыточными и достаточными водными ресурсами даже для П и Ш расчетных уровней. Наравне с этим выявляются створы с напряженным балансом (п. Серебряный Бор, будущие г. Таёжный и п. Сиваглинский).
Несмотря на, казалось бы, обнадеживающие результаты первого этапа определения водообеспеченности рассматриваемого региона, необходимо составить ВХБ с учетом внутригодовой неравномерности стока. Помимо указанных в табл. 5.1 населенных пунктов Южно-Якутского ТПК имеется еще ряд небольших поселков, где размещены геологические партии, сельскохозяйственный контингент (пп. Суон-Тиит, Перекатный, Угоян, Хатыстыр, Усть-Се-лигдар, Каталах, Эмельджак, Эльконка и др.).
