Водохозяйственные комплексы образуются, главным образом, на базе комплексных гидроузлов и сопутствующих им объектов и являются основными составляющими элементами БВХС.
ГИДРОУЗЕЛ, комплекс гидротехнических сооружений (плотины, дамбы, каналы, насосные станции, шлюзы, судоподъемники и др.), объединенных по расположению и условиям их совместной работы. В зависимости от назначения гидроузлы делятся на энергетический, водно-транспортный, водозаборные и комплексные (выполняющие несколько водохозных функций).
Основная задача ВХК состоит в регулировании стока реки с целью согласованного удовлетворения всех водопотребителей, т.е. водоснабжение населения и промышленности, энергетики, сельского хозяйства, водного транспорта и др. в отношении количества, качества воды и своевременной ее доставки в условиях неравномерного стока. В области охраны природы важнейшие функции ВХК в зоне влияния гидроузла состоят в следующем:
а) обеспечение пропусков воды для поддержания гидробиологического режима водотока;
б) регулирование уровня подтопления земель;
в) выполнение необходимых санитарно-гигиенических требований в районе водохранилища и в нижнем течении реки.
На нижней ступеньке водохозяйственной структуры страны находятся отраслевые водопользователи (ОВ), которые непосредственно потребляют воду или используют водную среду. Это конкретные предприятия и отдельные (более мелкие) потребители и пользователи. Формирование водного хозяйства и его отдельных (единых) систем начинается с самой нижней ступеньки, т.е. с конкретных водопотребителей и водопользователей, объединяющихся в ВХК. Именно эта единица всей водохозяйственной системы любой страны является главной, наиболее приближенной к реальной хозяйственной и социальной системе страны. Изучение ВХК, его участников, взаимосвязей между ними и составляет основную часть курса.
|
|
Тема 2.1. Требования различных отраслей экономики к режиму попусков в нижний бьеф в различные сезоны года и в течение суток.
Общая характеристика действующих Правил использования водных ресурсов водохранилищ
2.1.1. Основным документом, регламентирующим принципы и методы управления стоком рек с максимально возможным учетом интересов водопользователей и безопасности подпорных сооружений гидроузла, населения и хозяйства в его нижнем бьефе, в настоящее время являются "Основные правила или Основные положения правил использования водных ресурсов" водохранилищ. Вновь составляемые или пересматриваемые документы будут именоваться "Правила использования водных ресурсов", в дальнейшем называемые в тексте "Правила".
История разработки и применения "Правил" насчитывает около четырех десятилетий. В конце 1950-х гг. было разработано, а в 1961 г. - утверждено "Положение о порядке использования водных ресурсов водохранилищ РСФСР (Госводхоз РСФСР. РВ-1-61). В нем указывалось, что "руководящим документом по использованию водных ресурсов водохранилищ в нормальных эксплуатационных условиях должны быть "Основные положения правил использования водных ресурсов" конкретного водохранилища. В 1960-е гг. были разработаны "Основные положения правил" десятков водохранилищ, в том числе крупнейших: Волжско-Камского и Ангаро-Енисейского каскадов гидроузлов, Цимлянского гидроузла на р. Дон и др.
|
|
2.1.2. В 1972 г. "Основные положения правил" получили общесоюзный статус. Документ под названием "Положение о порядке использования водных ресурсов водохранилищ СССР" был утвержден Министерством мелиорации и водного хозяйства СССР. Оно предусматривало следующий состав разделов "Основных положений правил" конкретных водохранилищ.
1. Характеристика назначения водохранилища (группы или каскада водохранилищ) и его регулирующей способности.
2. Характеристика водных ресурсов и условий эксплуатации водохранилища (основные параметры естественного притока; перечень вышележащих водохранилищ и гидросооружений, оценка их влияния на режим притока и т.д.).
3. Основные параметры водохранилища и нормативные подпорные уровни.
4. Основные морфометрические характеристики водохранилища.
5. Компоновка гидроузла, технические и гидравлические характеристики сооружении, оборудования и водопропускных отверстий гидроузла.
6. Проектный и фактический состав водопользователей; их основные требования; порядок удовлетворения потребностей в воле и проектные нормативы надежности их обеспечения.
7. Основные проектные показатели использования водных ресурсов водохранилища и гидроузла (объем водоподачи, гарантированные расходы и уровни воды, водноэнергетические показатели ГЭС и т.п.).
8. Порядок использования водных ресурсов водохранилища в маловодные периоды (основные правила диспетчерского регулирования стока; ограничения, налагаемые на размеры водо- и энергоотдачи, и колебания уровней верхнего и нижнего бьефов в интересах комплексного использования полных ресурсов; предельно допустимая интенсивность сработки и наполнения водохранилища, порядок использования гидрологических прогнозов; рекомендации по использованию относительных избытков притока и т.п.).
|
|
9. Порядок пропуска высоких вод через сооружения гидроузла.
10. Мероприятия по борьбе с наносами.
11. Мероприятия по санитарной охране вод.
12. Порядок гидрометеорологического обслуживания организаций, эксплуатирующих гидроузлы, наблюдений, учета водных ресурсов, информации и оповещения о водном режиме.
2.1.3. Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР в 1987 г. утвердило ведомственный нормативный документ "Типовые правила эксплуатации водохранилищ емкостью 10 млн. м3 и более" (РД 33-3.2.08-87). Документ, согласованный с Минэнерго СССР, Минздравом СССР, Минрыбхозом СССР и Госкомгидрометом СССР, приобрел статус межведомственного и не отменен по сей день. Вопросы использования родных ресурсов водохранилищ в "Типовых правилах" 1987 г. были представлены, хотя и схематично, в разделе "Режим работы водохранилища".
2.1.4. Правительство Российской Федерации в 1997 г. приняло Постановление "О порядке эксплуатации водохранилищ" (№ 762 от 20 июня 1997 г.) В этом Постановлении установлено, что:
- поддержание в надлежащем техническом и санитарном состоянии водохранилищ и использование их полных ресурсов осуществляются в соответствии с правилами эксплуатации водохранилищ, разрабатываемыми собственниками гидроэнергетических и гидротехнических сооружений этих водохранилищ или эксплуатирующими водохранилища организациями;
- утверждение и переутверждение правил эксплуатации водохранилищ, независимо от их ведомственной принадлежности и формы собственности, возлагается на МПР России;
- контроль за соблюдением правил эксплуатации водохранилищ проводится МПР России при осуществлении государственного контроля за использованием и охраной водных объектов;
- МПР России поручается обеспечить подготовку, согласование с заинтересованными федеральными органами исполнительной власти и утверждение методических указаний по разработке правил эксплуатации водохранилищ.
Во исполнение этого Постановления Правительства в 1997 г. МПР России разработало проект Положения о порядке эксплуатации водохранилищ Российской Федерации. В этом документе указывается:
"Эксплуатация водохранилищ осуществляется в полном соответствии с "Правилами эксплуатации водохранилища", которые включают в себя следующие нормативные (руководящие) документы:
1) Правила использования водных ресурсов конкретного водохранилища (группы водохранилищ, каскада водохранилищ, водохозяйственной системы);
2) Правила технической эксплуатации и благоустройства конкретного водохранилища;
3) Инструкции по эксплуатации гидротехнических сооружений и гидромеханического оборудования.
Основным документом, на основании которого ведется управление водным режимом каждого водохранилища, являются "Правила использования водных ресурсов водохранилища (группы водохранилищ, каскада водохранилищ, водохозяйственной системы)".
"Правила использования водных ресурсов" подлежат плановому пересмотру (уточнению, корректировке) и переутверждению каждые 10-12 лет (включая период разработки (составления), согласования и утверждения новой редакции).
По водохранилищам, для которых до выхода настоящего "Положения" были утверждены правила их эксплуатации или "Основные положения правах использования водных ресурсов", они сохраняют свое действие на срок до 5-ти лет, если они утверждены более чем за 5 лет до вступления в силу настоящего "Положения" и на срок до 10 лет в противном случае, при условии, что они не противоречат законодательству Российской Федерации и настоящему "Положению ".
Проект Положения в настоящее время проходит стадию согласования и утверждения.
2.2. Интересы водопользователей и их учет в Правилах использования водных ресурсов водохранилищ
2.2.1. Общие указания
2.2.1.1. При многоцелевом использовании водохранилищ удовлетворение в полном объеме требований всех компонентов и отраслей хозяйства во все годы практически невозможно. Поэтому режимы использования водных ресурсов представляют собой, как правило, компромиссные решения, при которых неизбежны ущемления в тех или иных размерах интересов всех или части компонентов водохозяйственной системы (ВХС) для достижения максимального эффекта в целом. Наиболее сложно согласовать интересы компонентов ВХС при эксплуатации каскадов гидроузлов.
2.2.1.2. Ввиду ограниченности водных ресурсов в маловодные годы, недостаточности полезного объема водохранилища и противоречивости требований отдельных отраслей хозяйства и компонентов ВХС рекомендации "Правил" обычно учитывают требования отраслей не полностью. В "Правилах" следует приводить только ту часть отраслевых или экологических требований, которая может быть удовлетворена с той или иной степенью надежности (обеспеченности).
2.2.1.3. Раздел, в котором анализируются заявленные и удовлетворяемые заявки на воду всех потребителей, их требования к режиму использования водных ресурсов водохранилищ, целесообразно включить в пояснительную записку к проекту "Правил".
2.2.2. Гидроэнергетика
Гидроэнергетика - одна из ведущих отраслей - водопользователей. Энергоотдача любой ГЭС прямо пропорциональна расходам воды или объемам стока, проходящим через eе турбины, которые зависят, во-первых, от естественного стока в створе гидроузла, безвозвратных отъемов и потерь воды выше створа (водопотребление, работа шлюзов, фильтрация, рыбоходы, грязеспуски) и трансформации стока в водохранилищах (сработка, наполнение), во-вторых, от требований энергосистемы (суточные, недельные, сезонные и годовые графики нагрузки).
Требования гидроэнергетики к режиму использования водных ресурсов водохранилищ:
- обеспеченность гарантированной мощности крупных ГЭС должна составлять не менее 85-95% по числу бесперебойных лет;
- снижение гарантированной мощности ГЭС за пределами расчетной обеспеченности не должно превышать 20-30%;
- гарантированная мощность ГЭС распределяется внутри года в соответствии с требованиями энергосистемы;
- установленная мощность ГЭС в период прохождения максимума нагрузки энергосистемы должна использоваться без ограничений;
- годовая выработка электроэнергии ГЭС должна быть максимально-возможной в любых по водности условиях;
- колебания энергоотдачи ГЭС внутри суток и недели должны соответствовать требованиям энергосистемы и не превышать значений, установленных в проекте.
2.2.3. Тепловая и атомная энергетика
Требования тепловой и атомной энергетики к режиму использования водных ресурсов водохранилищ:
- обеспечение необходимого объема и режима водоподачи в суточном, недельном, сезонном и годовом разрезах;
- беспрепятственное использование водохранилища в качестве охладителя сбросной теплой воды.
Поверхность водохранилища должна обеспечивать необходимый отвод тепла в зависимости от схемы циркуляции воды в водохранилище, взаимного расположения водосбросных и водоприемных сооружений, площади зеркала водохранилища и метеорологических условий.
Некоторые тепловые электростанции предъявляют требования к минимальным и максимальным расходам и уровням воды в реке в створе водозабора, которые, могут записать от режима работы вышележащего водохранилища.
2.2.4. Водный транспорт и лесосплав
Требования водного транспорта и лесосплава к режиму использования водных ресурсов водохранилищ:
- в период навигации - обеспечение нормируемых глубин по всей трассе судового хода как в водохранилищах, так и на незарегулированных участках рек, путем поддержания соответствующих расходов воды, и обеспечение расходов (объемов) воды для шлюзования через гидроузел;
- в межнавигационный период - поддержание заданных уровней воды в местах зимнего отстоя судов.
Эффективное функционирование водного транспорта зависит от глубины навигационной сработки водохранилища, размеров специальных навигационных попусков в различное время года (например, в целях разрушения льда весной), объемов весеннего половодья, которые влияют на заносимость землечерпательных прорезей, внутрисуточных и внутринедельных колебания уровней воды в нижних бьефах гидроузлов и др.
Компенсация, полная или частичная, уменьшения водных ресурсов, выделяемых водному транспорту, технически возможна за счет дополнительного объема дноуглубительных работ на транзите и в портовых акваториях, изменения осадки используемых судов (создание нового флота либо аренда в других пароходствах), а также использования других видов транспорта (железнодорожного, автомобильного).
Типы компенсационных вариантов и масштабы их использования определяются экономическими факторами и физическими возможностями осуществления. Например, масштабы компенсации уменьшения глубин на транзите путем землечерпания зависят от физической возможности производства работ, а на порогах судопропускных сооружений - и от отметок на королях шлюзов. Снижение глубины на пороге шлюза может быть компенсировано лишь значительными затратами по его переустройству, а также путем изменения режима использования водных ресурсов другими отраслями хозяйства. Следует иметь в виду, что землечерпательные работы влияют на изменение (посадку) кривых связей расходов и уровней воды в реке, что приводит, в свою очередь, к уменьшению глубин на короле шлюза.
В процессе эксплуатации на многих гидроузлах водный транспорт увеличил заявки на воду, т.е. потребовал увеличения нормальных и сниженных навигационных попусков. Увеличение попусков, эффективное с отраслевой точки зрения, приводит к уменьшению водообеспечения других отраслей (например, на Ангаро-Енисейском каскаде - энергетики; на Волжско-Камском каскаде - рыбного хозяйства, водоснабжения, энергетики).
Включение в "Правила" новых значений нормальных и сниженных навигационных попусков возможно только при наличии их экономического обоснования.
2.2.5. Рыбное хозяйство
Рыбное хозяйство внутренних водоемов имеет сложную структуру. В качестве самостоятельных компонентов могут рассматриваться:
- естественное воспроизводство рыбы в реке;
- промышленное воспроизводство;
- прудовое хозяйство;
- рыбоводство в прудах-охладителях тепловых и атомных электростанций;
- рыбное хозяйство в водохранилищах гидроузлов;
- устьевые зоны рек и внутренние моря (озера).
Эффективность отдачи рыбохозяйственных компонентов зависит не только от режима использования водных ресурсов, но и от различных климатических и биотехнических факторов, а также от рыбоводно-мелиоративных мероприятий.
Различные типы рыбохозяйственных компонентов производят не равнозначную рыбную продукцию. Например, товарные прудовые хозяйства могут производить лишь ограниченное количество видов рыб, тогда как естественное воспроизводство в реках и водохранилищах обеспечивает значительно большее разнообразие рыбной продукции.
Важнейшим среди рыбохозяйственных компонентов является естественное воспроизводство, т.е. система условий, обеспечивающая естественный нерест и миграции в реке ценных промысловых рыб, к которым относятся проходные (осетровые, рыбец, шемая, допекая сельдь) и полупроходные (судак, лещ, тарань и другие).
Нерестилища осетровых располагаются, как правило, на более низких отметках, чем нерестилища полупроходных, и для их затопления могут оказаться достаточными существенно меньшие попуски. Например, в бассейне Волги объем попуска, необходимый для затопления нерестищ осетровых, составляет менее половины от оптимального объема попуска для полупроходных.
На рыбопродуктивность водохранилищ значительное влияние оказывает режим использования их водных ресурсов. Например, глубина зимней сработки влияет на выживаемость зимующей рыбы. Специальная летняя сработка (наряду с сопутствующими мелиоративными мероприятиями) способствует развитию на осушенных участках луговой растительности, служащей наилучшим нерестовым субстратом для будущего года, и ограничивает рост зарослей жесткой растительности, снижающей кормовые ресурсы для рыб.
Колебания уровня воды в бьефах гидроузла в период нереста вызывают массовую гибель отложенной икры и вылупившихся личинок.
Эффективность функционирования рыбохозяйственной отрасли в значительной мере зависит от суточных и недельных колебаний расходов и уровней воды в нижних бьефах гидроузлов, которые связаны исключительно с энергетическими нуждами. Их уменьшение возможно лишь за счет снижения участия ГЭС в балансе мощностей энергосистемы.
Суточные и недельные колебания уровней воды в нижнем бьефе, например, Волгоградского гидроузла, приводят к следующим негативным последствиям:
- нарушению комфортных условий обитания осетровых рыб, в результате чего к моменту нереста производители ослаблены и не обеспечивают полноценного воспроизводства:
- придавливанию льдом рыб, зимующих в понижениях донного рельефа реки, при значительном уменьшении расхода воды;
- к провокации нереста некоторых видов рыб при повышении расхода (и уровня) воды в весенний период.
Допустимая амплитуда суточных и недельных колебаний уровней воды в нижних бьефах гидроузлов, равно как максимальные и минимальные расходы или уровни воды, должны быть регламентированы "Правилами".
2.2.6. Сельское хозяйство
Сельское хозяйство является одним их основных водопотребителей, на его долю приходится в среднем 2/3 суммарного безвозвратного водопотребления всех отраслей, а в засушливых районах - 85-90%. Вода в сельском хозяйстве расходуется на хозяйственно-бытовые нужды, орошение земель и обводнение пастбищ. Водопотребление ирригации - главная составляющая сельскохозяйственного водопотребления.
Сельское хозяйство обеспечивается водой как из водохранилища, так и из реки в нижнем бьефе. Требования сельскохозяйственных водозаборов к режиму использования водных ресурсов водохранилищ заключаются в бесперебойном обеспечении регламентированных объемов, расходов и уровней воды в водохранилище и нижнем бьефе.
Существенное влияние на продуктивность сельского хозяйства в нижнем бьефе оказывает режим стока половодий, особенно высота подъема уровня воды, площадь и продолжительность затопления. Например, на Нижней Волге основными гидрологическими факторами, влияющими на выход растительного покрова, являются: объем половодного стока, максимальный уровень воды, длительность стояния уровня выше определенных отметок в конкретных створах.
2.2.7. Водоснабжение
Требования водоснабжения к режиму использования водных ресурсов водохранилищ заключаются в обеспечении регламентированных расходов воды для бесперебойной работы водозаборных сооружений, а также в поддержании высокого санитарного качества воды. Сокращение подачи воды для целей водоснабжения связано с уменьшением выпуска промышленной продукции, перебоями водоподачи населению, ухудшением качества питьевой воды и другими негативными последствиями.
2.2.8. Рекреация
Водохранилища активно используются для отдыха населения (туризм, водные виды спорта, купание и др.). Рекреация предъявляет определенные требования к режиму расходов и уровней воды в верхнем и нижнем бьефах гидроузлов и на незарегулированных участках реки, а также к качеству воды.
Интересы рекреационного использования зачастую противоречат интересам других компонентов. Например, колебания уровнен воды в нижних бьефах гидроузлов в интересах гидроэнергетики могут мешать любительскому рыболовству, нормальным условиям проведения спортивных мероприятий, комфортному отдыху населения.
2.3. Требования экологии и их учет в Правилах использования водных ресурсов водохранилищ
Воздействие водохранилищ гидроузлов электростанций на окружающую среду в процессе эксплуатации в значительной степени определяется режимом использования водных ресурсов.
Необходимость поддержания в удовлетворительном санитарном состоянии воды в реке зачастую противоречит оптимальному использованию водных ресурсов в интересах других компонентов. Например, принятый в проекте режим использования водных ресурсов Камского водохранилища на р. Каме и Куйбышевского водохранилища на р. Волге в межень является оптимальным для гидроэнергетики. Однако он в настоящее время изменен с целью обеспечения постоянных в течение суток санитарных попусков в нижние бьефы гидроузлов, при отсутствии которых под действием вызванных ветром противотечений в водозаборные сооружения попадали сточные воды нижележащих населенных мест и промышленных предприятий.
Ниже приведены экологические требования, которые регламентированы соответствующими документами, научными рекомендациями или определены опытом эксплуатации водохранилищ.
2.3.1. Водохранилище
В целях предотвращения истощения водных ресурсов и деградации водных экосистем предельно допустимый объем ежегодного безвозвратного изъятия воды из водохранилища (в сумме с потерями воды на дополнительное испарение) должен составлять не более 20% от среднемноголетнего годового стока реки а створе гидроузла.
При зимней сработке водохранилища возникают деформации ледяного покрова, особенно в хвостовой части водохранилища, происходит оседание льда на берега, мелководные участки, острова и т.п. При значительных скоростях течения возможно возникновение зажоров и заторов, стесняющих русло, что может привести к подъему уровня воды и к зимним затоплениям прибрежной территории. Кроме того, при быстром опускании льда на участки дна водоема возможны деформации грунта и гибель корневой системы высшей водной растительности. Для того, чтобы избежать указанных негативных явлений, следует ограничить для верхних слоев водохранилища (до 5 м) скорость сработки до 0,3 м/сутки. Более глубокие слои должны срабатываться со скоростью не более 1 м в сутки.
При пропуске половодья (или паводка) через створ сооружений с форсировкой уровня воды водохранилища над НПУ образуется зона временного затопления. При этом необходимо учитывать, что согласно СНиП 2.07.01-89, застроенные жилыми и общественными зданиями территории должны иметь отметки не менее чем на 0,5 м выше наивысшего уровня воды повторяемостью один раз в 100 лет (обеспеченность 1%). Регулирование уровней воды в водохранилище и в нижнем бьефе гидроузла при пропуске половодий и паводков вероятностью превышения 1% и более должно проводиться из условий незатопления территорий жилых застроек. Пропуск через гидроузел половодий и паводков вероятностью превышения менее 1% должен рассматриваться как чрезвычайная ситуация и осуществляться при эвакуации людей из зон временного затопления. Зоной временного затопления в верхнем бьефе для сельскохозяйственных и лесных угодий считается территория между НПУ и уровнем воды, на 0,5 м превышающем уровень воды в половодье (паводок) вероятностью превышения 5%.
2.3.2. Нижний бьеф
Основные экологические требования по нижнему бьефу гидроузла сводятся к обеспечению расходов воды, гарантирующих бесперебойную работу питьевых водозаборов, благоприятные условия для культурно-бытового водопользования населения и сохранность биоценозов.
Размеры санитарных попусков регламентируются рядом документов различных ведомств, требования которых не всегда совпадают. Одни документы требуют, чтобы минимальный санитарный попуск был не менее минимального среднесуточного расхода воды в реке при бытовом гидрологическом режиме летней и зимней межени года 95% обеспеченности, другие - чтобы минимальный расход воды зарегулированных рек соответствовал установленному гарантированному расходу воды в нижнем бьефе гидроузла с обеспечением кратности разбавления сточных вод в контрольном створе водопользования до нормативов, установленных для данного водною объекта. Ведомственный документ МПР России "Временные методические рекомендации по установлению минимально допустимых расходов воды в реках для оценки возможных изъятий водных ресурсов", № НМ-53/163, 1997 г. выдвигает аналогичные требования к минимально-допустимым расходам воды в реках. Кроме того, указанный документ требует, чтобы для обеспечения промывки и обводнения поймы в весенний период в нижний бьеф гидроузла поступало не менее 20% объема стока половодья года 75-95% обеспеченности.