ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Строительство гидроузлов это строительство, оказывающее многогранное влияние на окружающую среду. Масштабы этого влияния зависят от многих факторов: климата, геологических условий в районе строительства, назначения гидроузла, наличия крупных промышленных объектов и городов в районе строительства и т. д. Это влияние во многом благотворно: вырабатывается электроэнергия, столь необходимая для жизни людей и промышленного развития; земледелие на орошаемых землях дает более устойчивые урожаи, чем в естественных условиях, благодаря Асуанскому гидроузлу, построенном в основном Советскими специалистами, в настоящее время в Египте за счет орошения получают вместо одного (как было до строительства гидроузла) три урожая в год; улучшаются условия судоходства. Кроме того, создаются водные акватории, способствующие развитию зон отдыха, улучшается водоснабжение населенных мест, появляются новые благоустроенные города и поселки, а также развивается рыбное хозяйство.
Крупные водохранилища огромные аккумуляторы тепла и влаги. В суровых климатических условиях микроклимат в районе гидроузла зимой смягчается и становится более влажным. В жарких регионах микроклимат становится более прохладным, влажность повышается. Вместе с тем необходимо отметить, что в суровых климатических условиях испарение из водохранилищ обычно меньше испарения через растения и деревья на территории до ее затопления водохранилищем. В жарких регионах испарение может составить 25% и более годового стока реки в маловодные годы и 15% в средние по водности годы (к примеру, Цимлянское водохранилище на р. Дон).
Строительство гидроузлов, создающих водохранилища, сопровождается затоплением земель (иногда пахотных), поселков и даже городов, что требует переселения людей с обжитых земель на новые, нуждающиеся в освоении. Орошение земель часто осуществляется с избытком, хотя превышение норм полива ведет не к повышению урожайности, а к ухудшению качества почв (например, снижается плодородие чернозема), к засолению (загипсовыванию), а иногда и к заболачиванию земель. Чрезмерный полив обусловливает повышение уровня грунтовых вод и подъем с водой из глубины соли. К заболачиванию и засолению почв приводит и чрезмерная фильтрация из магистральных и оросительных каналов, не имеющих противофилътрационной защиты или имеющих защиту низкого качества. Таким образом, огромные социальные и экономические успехи гидротехнического строительства оборачиваются иногда сложными экологическими последствиями. При строительстве гидроузла «Три ущелья» (КНР) переселено 1 млн человек, в том числе 0,7 млн сельскохозяйственного населения.
Иногда гидротехникам приписывают и глобальные экологические катастрофы, как, например, обмеление Каспия и Аральского моря. Однако время показало, что человек еще бессилен повелевать природой в таких масштабах: без участия человека уровень Каспийского моря стал подниматься и теперь это вызывает осложнения в хозяйственной деятельности.
Наиболее полное исследование Аральского моря сделал академик С. Берг в 1908 г. Согласно этому исследованию, колебание уровня воды имеет, повидимому, периодический характер. Низкий уровень море имело в XTVXV вв. Затем начался подъем, который достиг максимума в XVII в. В XIX в., согласно JI.C. Бергу, максимум уровня пришелся на середину столетия. С 1860 г. уровень стал понижаться и процесс длился до 1880 г. С 1885 г. уровень стал повышаться, и это продолжалось до 1908 г. Об этом говорят и космические съемки. Повидимому, изменения уровня Каспия и Арала связаны с глобальными процессами на земном шаре: климатическими, тектоническими и т. д. Академик JI. С. Берг обратил внимание на то, что колебания во времени уровней Каспийского и Аральского морей происходят в противофазе. Конечно, сток рек Сырдарьи и Амударьи влияет на колебания уровня Аральского моря, но его не следует преувеличивать. С XIII до XVI вв. Амударья впадала в Каспийское море, так как была построена плотина, которая направила реку в Сара камышскую впадину и после ее наполнения река потекла в Каспийское море. Плотина была разрушена в XVI в. и Амударья вернулась в Аральское море. В доисторические времена река также текла в Каспийское море. Разбор воды главных рек Средней Азии на орошение ускоряет естественный процесс обмеления моря. Можно предположить, на исторической основе, что процесс обмеления будет продолжаться до 20052015 гг. Затем, видимо, будет происходить стабилизация уровня, после чего должен начаться его подъем.
Строительство гидроузлов, особенно на равнинных реках, несмотря на их огромное значение для народного хозяйства отрицательно влияет на окружающую среду, как отрицательно влияет на нее любая деятельность человека: строительство зданий, разбивка регулярных парков, промышленное строительство, прокладка дорог и т. д. Свое «отрицательное» влияние человек осуществлял всегда.
Академик В. И. Вернадский говорил, что первозданных природных («девственных») вод на земле нет давно. Биохимическое воздействие на природу в результате хозяйственной деятельности человека начало проявляться еще 1012 тыс. лет тому назад. Нельзя забывать, что природа Земли не является застывшей и незыблемой во времени. Меняются климат Земли, ее растительный и животный мир. Мы знаем и многочисленные оледенения Земли, наступления и отступления океана, исчезновения одного животного мира и появление другого.
Человек строит гидротехнические сооружения, чтобы целенаправленно приспособить силы природы для своего блага, а вода одна из основных составляющих природы. Но при этом нельзя забывать об «обратной стороне медали». В настоящее время получила свое развитие сравнительно молодая наука экология, среди родоначальников которой надо назвать академика В. И. Вернадского.
Особое значение для инженерного строительства имеет часть этой науки инженерная экология [73]. Инженерная экология наука о взаимодействии общества и природной среды в процессе общественного производства. Еще не создана наука о рациональном взаимодействии природы и общества, которая должна обобщить социальные, географические, экологические, технологические, экономические стороны такого взаимодействия. Инженерная экология выделяет так называемые природнопромышленные системы (ППС), которые главным образом и являются объектом изучения. В качестве ППС чаще всего выступают системы, возникающие в результате горнообогатительного, металлургического, химического, энергетического, сельскохозяйственного и др. производств. Функционирование и структуры таких систем и являются предметом изучения инженерной экологии.
Территориальные единицы ноосферы (ноосфера сфера разума, по В. И. Вернадскому, высшая стадия эволюции биосферы, когда научно обоснованная разумная деятельность станет ведущей силой в развитии биосферы) могут быть локального и регионального характера. Крупные гидроузлы (например, Братский) входят в ППС регионального характера. Изучение ППС должно носить комплексный характер. Учение академика В. И. Вернадского и других ученых о биосфере стало основой для комплексного изучения ППС. В. И. Вернадский говорил, что человечество мощная геологическая сила, которая во времени увеличивается, и что перед его мыслью и трудом ставится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого [28,73].
Начало 3-го тысячелетия преддверие возможного глобального экологического кризиса, когда производственная деятельность человека должна стать геологической силой не только по масштабам, но и по характеру, оптимально включаясь в структуру природных круговоротов веществ и потоков энергии. Развитие системы «обществоприрода» приводит к прогрессирующему антропогенному (в результате деятельности человека) изменению природной среды.
Структурная единица, сохраняющая все свойства системы, биогеоценоз. Эта структурная единица и должна быть объектом изучения. На рис. 1.7 показаны компоненты естественного биогеоценоза и структурная схема материальноэнергетической единицы ноосферы. В ноосфере в качестве элементарной структурной единицы выделяется нообиогеоценоз, состоящий из трех равноправных сообществ: природная среда (экотоп), живая природа (биоценоз) и «сообщество разума» (нооценоз), являющееся обществом с его социальными законами развития. В основе взаимодействия общество природа лежит общественное производство. Предметом процесса труда является природа: средства труда и продукт труда объединены в «сообщество разума». Структура нообиогеоценоза нужна для правильного планирования круговорота веществ и энергий в данном месте строительства. При проектировании гидроузла необходимо искусственно изменить развитие реки для создания водохранилища в благоприятном для человека направлении.
Необходимо знать экологические ниши будущего водоема, создать условия для большего развития существующего рыбного хозяйства и развития новых благоприятных пород рыб. Например, в 1980-1988 гг. на Волге (в водохранилищах) получали по 25 тыс. т икры в год, т.е. в 1,5 раза больше, чем в самом благоприятном до строительства водохранилищ на Волге 1916 г. Этого удалось достичь строительством рыбозаводов, искусственных нерестилищ, рыбопропускных сооружений. Вместе с проходными рыбами в водохранилищах получили существенное развитие озерные рыбы, т.е. в результате строительства водохранилищ образовалась экологическая ниша, которую удалось заполнить.
Новые города и поселки при создании гидроузлов должны строиться таким образом, чтобы сохранялся естественный фитоценоз (растительность) и исключалась необходимость озеленения территории. Именно так поступили при строительстве левобережной части г. Братск (Братск5). Следовательно, развитие но оценоза должно сопровождаться максимальным сохранением биогеоценозов.
Подтопление земель водохранилищем может привести к развитию фитоценоза в неблагоприятном для человека направлении: заболачивание площадей (нарушение эдафотона), смена культурных растений на болотные и т. д. Возможно появление малярии. Незамерзающая майна в нижнем бьефе гидроузла, расположенного в пределах города, в суровых климатических условиях может привести к повышению влажности и развитию простудных заболеваний, т.е. в этом случае нарушается климатоп, являющийся составной частью экотопа (см. рис. 1.7, а).
Природнопромышленная система включает в свой состав все компоненты нообиогеоценоза, которые обладают различными параметрами воздействия на среду. В составе природнопромышленной системы можно выделить природнопромышленный комплекс (ППК) и территориальнопромышленный комплекс (ТИК). Эти два комплекса самостоятельные природнопромышленные системы, но разного масштаба. Границами этих систем являются границы зоны влияния
промышленных предприятий и гидроузлов, входящих в состав комплекса. Территориальнопромышленные комплексы объединяют в единую систему функционально и территориально взаимосвязные промышленные, сельскохозяйственные, коммунальные и др. производства, что обеспечивает комплексное и эффективное использование природных богатств (например, БратскоУстьИлимский, Саянский и др. ТПК). В территориальнопромышленный комплекс могут входить несколько гидроузлов, разнообразных промышленных предприятии и т.д.
Цель инженерноэкологических исследований выявить сущность и реальности взаимодействия общества и природы в процессе общественного производства. Методологической основой (по Б. А. Иванову) инженерной экологии должно стать учение о структуре и функционировании ППС, охватывающее диапазон от элементарной структурной единицы нообиогеоценоза до ноосферы в целом. Методика работ по инженерной экологии в настоящее время заключается в определении количества загрязняющих веществ с помощью единичных замеров, что чаще всего не дает полного представления о воздействиях, т.е. требуются значительно более полные исследования с учетом динамики развития процессов.
Аналитические исследования теоретический поиск зависимостей показателей производства от факторов и параметров. Такие зависимости нужны для инженерноэкологических расчетов и экологического мониторинга (постоянного автоматического контроля экологического состояния среды).
Большую роль в инженерной экологии играют различного рода экспертизы. Целью инженерноэкологической экспертизы является оценка воздействия производства или проекта нового производства на природную среду. Объем работ и состав участников экспертизы должны соответствовать уровню стоящей проблемы. Строительство гидроузлов требует межрегиональных уровней, а иногда (в спорных случаях) проводится международная экспертиза (например, при анализе экологического воздействия на природную среду защитной от наводнений дамбы в г. СанктПетербурге). В общем случае инженерноэкологическая экспертиза состоит из трех этапов:
1) оценка исходных данных, принятых при проектировании;2) оценка режима работы гидроузла;
3) оценка проекта в целом.
Таким образом, гидроузлы являются предметом пристального внимания экологов. Их воздействие на среду нельзя как недооценивать, так и переоценивать. При этом не следует переносить на гидротехнические сооружения отрицательное влияние других объектов. Например, в водохранилища Волжских гидроузлов сбрасываются (часто без очистки) сточные воды городов и промышленных предприятий, что приводит к очень сильному ухудшению качества воды. Бассейн Волги составляет 36% всей наиболее густо населенной и промышленно развитой части европейской территории РФ. Если представить, что можно спустить водохранилища Волжского каскада, то концентрация вредных веществ в Волге увеличится в 12 раз и все живое в воде погибнет. Необходимо помнить, что практически целое столетие в России обсуждался вопрос обмеления Волги, следствием чего являлось очень затрудненное судоходство даже судов с малой осадкой. Сейчас по Волге курсируют суда класса «рекагморе» с осадкой 3 м.
Все это образно представлено в фильме «ВолгаВолга»: и мелководья на нетронутой части реки, и превосходные водные просторы с прекрасными лайнерами на зарегулированной части Волги.
Наиболее уязвимой частью водохранилищ Волжских гидроузлов являются мелководья и переработка берегов. По данным специалистов, в 1990 г. формирование берегов было близко к завершению, а к 20002005 гг. оно фактически закончилось. Ликвидация мелководий в 50е гг. требовала практически удвоения капитальных вложений при строительстве. Нельзя не учитывать и социальную значимость рек, использование и охрана которых взаимно переплетаются. Если большие реки не могут быть защищены от использования, то малые реки должны защищаться от последнего. От них зависит водоносность больших рек, поэтому их в первую очередь надо защищать от загрязнений химикалиями с полей [26].
