III. Разработка правил технической эксплуатации и благоустройства водохранилищ (ПТЭБ)
Под технической эксплуатацией и благоустройством водохранилища понимается совокупность водохозяйственных, инженерных, санитарных, экологических и организационных мероприятий, осуществляемых с целью обеспечения надлежащего технического, санитарного и экологического состояния рассматриваемого водохранилища и нижнего бьефа его гидроузла, оптимизации взаимодействия водохранилища с окружающей средой.
В проекте ПТЭБ формулируются условия, требования и ограничения по использованию конкретного водохранилища и проведению всех видов работ на нем, обязательные для всех организаций и физических лиц, использующих водохранилище для различных целей, либо проводящих на нем какие-либо работы.
Проект ПТЭБ не может содержать условий, требований и ограничений, противоречащих действующему законодательству.
Главными задачами проекта ПТЭБ являются оптимизация и повышение эффективности комплексного использования водных, земельных, биологических, минеральных и рекреационных ресурсов водохранилища за счет установления основных видов эксплуатационных мероприятий, проводимых на основе зонирования (районирования) водохранилища и прилегающих к нему прибрежных территорий.
Объем и глубина проработки проекта ПТЭБ должна соответствовать интенсивности использования рассматриваемого водохранилища.
Для отдаленных, а также горных водохранилищ, расположенных в малонаселенной местности, не подверженных сколь-либо значительному антропогенному воздействию, требования к объему ПТЭБ могут быть существенно снижены.
Для других водохранилищ состав предусматриваемых проектом ПТЭБ эксплуатационных мероприятий, должен увязываться с размерами водохранилища, целями его использования и имеющимися проблемами.
В проекте ПТЭБ для каждого из видов предусматриваемых эксплуатационных мероприятий должны быть определены органы исполнительной власти и организации, ответственные за их выполнение. Состав и объемы эксплуатационных мероприятий должны быть согласованы (увязаны) с ресурсным обеспечением указанных органов власти и организаций.
При наличии на рассматриваемом водохранилище специализированных эксплуатационных организаций (управлений эксплуатации водохранилищ) на них проектом ПТЭБ возлагается проведение основных мероприятий по организации и проведению работ по благоустройству и улучшению технического состояния водохранилища.
Проект ПТЭБ должен содержать следующие основные разделы (главы):
"I. Описание водохранилища и гидротехнических сооружений";
"II. Зоны воздействия водохранилищ";
"III. Мероприятия, осуществляемые при эксплуатации водохранилища";
"IV. Мероприятия, осуществляемые на водохранилище при возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций ";
"V. Ограничения эксплуатации водохранилища и мероприятия по поддержанию его надлежащего санитарного и технического состояния";
"VI. Наблюдения за состоянием водохранилища, входящих в его состав сооружений и учет использования его водных ресурсов";
"VII. Приложения".
Раздел "I. Описание водохранилища и гидротехнических сооружений" проекта ПТЭБ должен содержать краткое описание водохранилища и гидротехнических сооружений на нем, их основные параметры. В рамках этого раздела выполняется также акваториальное районирование водохранилища.
В разделе I определяется тип водохранилища. Универсальной классификации и типизации водохранилищ на момент разработки настоящих методических указаний не существовало. Сложность разработки подобной классификации объясняется необходимостью учета многочисленных природных, технических, экологических и социальных аспектов водохранилищ и их специфики для регионов с разными природно-хозяйственными и социальными условиями. Пример типизации водохранилищ по отдельным критериям, параметрам и признакам (по ландшафтным условиям, генезису котловин, вертикальной зональности, геометрическим размерам, глубине, степени зарегулирования стока, величине сработки, водообмену) приводится в Приложении 2.
До разработки и утверждения общей классификации водохранилищ, при кратком описании рассматриваемого водохранилища в проекте ПТЭБ рекомендуется использование приведенного примера типизации водохранилищ.
В проекте ПТЭБ выполняется акваториальное районирование рассматриваемого водохранилища – выделение акваторий и участков береговой зоны на основе совокупности критериев, отражающих неоднородность пространственного (по акватории) распределения основных показателей режима водохранилища.
Следует иметь ввиду, что, со временем, в результате антропогенного влияния, неоднородность режимов отдельных участков акватории водохранилища может приобретать все более резкий характер, в особенности по комплексу гидрохимических (загрязнители) и гидробиологических (евтрофирование) показателей.
В число основных характеристик, используемых при акваториальном районировании водохранилищ, входят:
морфолого-морфометрические (глубина, ширина, строение береговой линии);
гидрологические (режим уровней воды, проточность, структура транзитно-циркуляционных течений, параметры ветровых волн);
физико-химические (распределение температуры, взвесей, прозрачности и цветности воды, полей концентрации основных ионов, растворенных газов и биогенных элементов);
гидробиологические (различия видового состава, биомассы и продуктивности бактерий, планктона, рыб, водной растительности).
При осуществлении акваториального районирования водохранилища следует ориентироваться на комплексное районирование, в котором учитывается сопряженный комплекс показателей, перечисленных в п. 46.4..
При этом может быть использована следующая система таксонометрических единиц комплексного районирования водохранилищ:
плес;
гидрологический район;
эколого-гидрографический участок;
природно-акваториальный комплекс;
биотоп (относительно однородный по абиотическим факторам среды участок водохранилища, заселённый живыми организмами).
Главным назначением комплексного акваториального районирования рассматриваемого водохранилища является осуществление на его основе максимально полной инвентаризации ресурсов водохранилища и его береговой зоны – водных, земельных, минеральных, биологических и рекреационных.
В проекте ПТЭБ основные параметры водохранилища полностью должны соответствовать основным параметрам водохранилища, приведенным в ПИВР рассматриваемого водохранилища (см. пункт 28 настоящих методических указаний).
В проекте ПТЭБ приводится перечень всех гидротехнических и иных сооружений расположенных в пределах акватории, на берегах и в водоохранной зоне рассматриваемого водохранилища, которые влияют или могут влиять на его использование. Для этого выполняется инвентаризация сооружений на водохранилище. В перечень вносятся все основные параметры сооружений в соответствии с формами ведения государственного водного реестра.
Водохранилище, его границы и расположенные на нем сооружения должны быть нанесены на соответствующие карты-схемы масштаба от 1:200000 до 1:10000 (в зависимости от степени и интенсивности использования дна и берегов водохранилища). При необходимости используются карты-схемы более крупного масштаба.
При разработке ПТЭБ рекомендуется создание геоинформационной системы водохранилища со всеми необходимыми слоями в форматах определяемых заказчиком разработки правил.
Раздел "II. Зоны воздействия водохранилищ" проекта ПТЭБ должен содержать сведения о зонах воздействия водохранилища (зоне постоянного затопления, зоне периодического или временного затопления, зоне повышения уровня грунтовых вод, зоне возможного изменения берегов водохранилища, зоне климатического воздействия водохранилища, зоне воздействия многолетнего, сезонного, недельного, суточного регулирования поверхностного стока вод в водный объект ниже гидроузлов).
Сведения о зонах воздействия рассматриваемого водохранилища. получают из проекта строящегося или недавно построенного водохранилища и в результате специальных изысканий и исследований, выполняемых в рамках разработки проекта ПТЭБ.
Границы всех выделяемых зон воздействия водохранилища и их характеристики (площади) должны быть нанесены на соответствующие карты-схемы (созданы соответствующие слои ГИС-системы).
В проекте ПТЭБ выделяется зона постоянного затопления водохранилища - территория, покрытая водой при минимальном подпорном уровне воды у плотины гидроузла водохранилища (как правило, отметка УМО, установленная в ПИВР) и минимальных транзитных расходах по длине водохранилища (как правило, при санитарном расходе в створе гидроузла, установленном ПИВР). Границей зоны является линия пересечения водной поверхности водохранилища для указанных условий с поверхностью земли.
В проекте ПТЭБ устанавливается зона периодического затопления водохранилища – территория, покрываемая водой при максимальном подпорном уровне воды у плотины гидроузла водохранилища (как правило, отметка ФПУ, установленная в ПИВР) и максимальных расчетных транзитных расходах по длине водохранилища (установленных в ПИВР).
В случае водохранилищ с ярко выраженной речной и озерными частями, в качестве уровней воды, определяющих зоны периодического затопления, принимаются уровни для озерной части водохранилища и соответствующие им при пропуске максимальных расходов уровни воды у плотин гидроузлов.
В зоне периодического затопления выделяются подзоны, характеризующие вероятную частоту затопления территорий, занимаемых водохранилищем при различных подпорных уровнях воды в нем.
Подзона ежегодного затопления – территория покрываемая водой при уровне воды у плотины гидроузла на отметке НПУ (в соответствии с ПИВР) и среднемноголетнем расходе воды по длине водохранилища.
Подзоны половодного (паводкового) затопления – территории покрываемые водой при уровне воды у плотины гидроузла на отметке НПУ (и, возможно, УПП) и половодных (паводковых) расходах различной обеспеченности – от среднемноголетнего до максимального, пропускаемых через гидроузел при отметке НПУ в соответствии с ПИВР. Как правило, здесь выделяются подзоны со следующими обеспеченностями половодных (паводковых) расходов: среднемноголетний (или 50%); 25%; 10%; 5%; 3(2)% и 1%.
В случае если в водохранилище предусмотрена дополнительная противопаводковая призма регулирования, обеспечивающая срезку максимальных сбросных расходов до величин допустимых по условиям безопасности в нижнем бьефе, подзоны половодного (паводкового) затопления при отметке НПУ определяются вплоть до величины максимально допустимого сбросного расхода. Далее соответствующие подзоны определяются для уровня воды у плотины гидроузла, соответствующего УПП (в соответствии с ПИВР) и расходов от максимально допустимого по условиям нижнего бьефа до расхода обеспеченностью 1%.
Подзона экстремального (катастрофического) затопления – территория покрываемая водой при уровне воды у плотины гидроузла на отметке ФПУ и половодных (паводковых) расходах расчетной обеспеченности (от 0,1% до 0,01% с гарантийной поправкой, в соответствии с ПИВР).
Для нижних бьефов гидроузлов водохранилищ, в случае, если подпор от нижерасположенного водохранилища распространяется непосредственно до гидроузла рассматриваемого водохранилища, зоны постоянного и периодического затопления в нижнем бьефе гидроузла рассматриваемого водохранилища определяются в зависимости от соответствующих зон, полученных при рассмотрении (разработке ПИВР и ПТЭБ) нижерасположенного водохранилища.
В случае если ниже по водотоку, на котором расположено рассматриваемое водохранилище, другие водохранилища отсутствуют, или подпор, создаваемый их гидроузлами не доходит до гидроузла рассматриваемого водохранилища, зоны постоянного и периодического затопления в нижнем бьефе определяются только по соответствующим сбросным расходам гидроузла водохранилища и естественной пропускной способности русла водотока (с возможным учетом подпоров от крупных притоков, расположенных вблизи гидроузла).
Для наливных водохранилищ зоны постоянного и периодического затоплений определяются исключительно минимальным и максимальным характерными уровнями водохранилища. Подзоны для зон периодического затопления не устанавливаются. Зоны периодического затопления в нижних бьефах таких водохранилищ, устанавливаются только в том случае, если режим работы наливного водохранилища, либо конструкции сооружений его гидроузла могут привести к повышению уровней воды при прохождении максимальных расходов воды по соответствующему водотоку.
В проекте ПТЭБ обязательно выделяется зона повышения уровня грунтовых вод или зона подтопления водохранилищем – территория, на которой повышение грунтовых вод вызвано созданием и водным режимом водохранилища.
Для проектируемых, строящихся и только введенных в эксплуатацию водохранилищ зона повышения уровня грунтовых вод приводится в соответствии с материалами проекта, для водохранилищ, длительное время находящихся в эксплуатации, эта зона устанавливается на основании изучения и анализ материалов наблюдений за период эксплуатации, а также проведения специальных исследований.
В последнем случае должны быть определены отклонения фактического повышения уровней грунтовых вод от проектных значений и выявлены причины этих отклонений. Особое внимание должно быть уделено фактам повышения грунтовых вод в результате нарушения режимов использования водных ресурсов водохранилища, неправильной эксплуатации (аварийного или неработоспособного состояния) защитных и иных сооружений водохранилища (прежде всего систем дренажа и водопонижения), а также воздействию на уровень грунтовых вод в зоне прилежащей к водохранилищу других элементов ВХС (каналов, распределительных и дренажных (канализационных) систем водоснабжения, оросительных систем и др.).
Все полученные результаты исследований должны быть отражены в характеристиках зоны повышения уровня грунтовых вод.
В проекте ПТЭБ должны быть выделены зоны переработки берегов водохранилища – участки прибрежной территории, на которых происходит переформирование берегов, т.е. изменение первоначальной формы береговых склонов в результате воздействия водохранилища, выражающееся в разрушении надводной части склона волнами и образовании аккумулятивной береговой отмели.
Берега водохранилища формируются с момента его заполнения под непосредственным воздействием целого ряда факторов, характеризующих его режим, но главным образом, в результате гидродинамического воздействия водохранилища.
Берегами водохранилища, после его создания, становятся поверхности или уступы пойменных и надпойменных террас, коренные склоны долин, иногда искусственные сооружения (дамбы и т.п.). При создании водохранилищ нарушается динамическое равновесие и начинается переформирование берегов – размыв, обрушение, оползание и аккумуляция отложений.
Ведущий гидродинамический фактор – ветровое волнение, когда размеры переработки берегов определяются суммой энергии волнения различной интенсивности. На масштабы переформирования берегов существенно влияет длительность безледоставного периода.
На небольших по площади горных водохранилищах ветровое волнение играет значительно меньшую роль, здесь на первый план выходят другие виды переформирования берегов – осыпи, оползни и т.п.
Высота и морфология берегов также влияют на интенсивность их переформирования: выпуклые склоны размываются быстрее, чем вогнутые, скорость размыва возрастает с увеличением их крутизны. Пологие берега с уклонами менее 2-4˚ обычно не размываются. С увеличением высоты берега скорость его размыва уменьшается из-за более быстрого образования отмели.
Скорость и размеры переработки берегов резко возрастают на участках, где продукты размыва уносятся вдольбереговым течением, которое является важным фактором переформирования берегов.
Масштабы и интенсивность формирования берегов также определяются характером слагающих их пород.
На процессы формирования берегов влияют степень зарастания (деревьями, кустарником, травой), агрессивность воды (ее химический состав, температура) в отношении растворимых и мерзлых пород, наличие увлажненных грунтовыми водами плоскостей скольжения грунтов, способствующих образованию оползней, и ряд других факторов.
В результате размыва полуостровов, островов. Занесения и отчленения заливов и бухт с малым речным притоком и склоновым стоком извилистость береговой линии водохранилища со временем уменьшается, она становится более короткой и плавной.
В целом со временем переформирование берегов уменьшается, образуется устойчивый профиль берега. Однако при изменении режима работы водохранилища, тектонических движений, циклических изменений гидрометеорологических условий и т.п. процесс переформирования берегов может интенсифицироваться.
В проекте ПТЭБ зоны переформирования берегов должны быть выделены с указанием интенсивностей их переработки, и определяющих ее факторов.
Для проектируемых, строящихся и недавно введенных в эксплуатацию водохранилищ, зоны переработки берегов водохранилища устанавливаются в соответствии с проектным прогнозом.
Для достаточно длительное время эксплуатирующихся водохранилищ осуществляется анализ данных наблюдений за фактической переработкой берегов, осуществляется сопоставление фактических размеров переформирования берегов с прогнозными (проектными), при необходимости, проводятся дополнительные изыскания и исследования, и составляется новый прогноз переформирования берегов, который также включается в проект ПТЭБ.
В проекте ПТЭБ определяется зона климатического воздействия водохранилища – территория, на которой под воздействием водохранилища имеет место заметное изменение характеристик микроклимата по сравнению с природными условиями.
Влияние водохранилищ распространяется на сравнительно небольшую территорию, обычно не превышающую площади его зеркала. Микроклимат отдельных районов определяется увеличением суммарной радиации и соответственным изменением радиационного баланса, большей теплоемкостью водохранилищ по сравнению с сушей.
Влияние водохранилищ на климат неодинаково в различных природных условиях. В зоне недостаточного увлажнения это влияние менее значительно, чем в зоне избыточного увлажнения, где оно ощущается сильнее и распространяется на большие территории, но с менее резкими переходами. В России в направлении с юга на север ширина полосы активного влияния водохранилищ на климат увеличивается, а абсолютные и относительные показатели изменений уменьшаются. Масштабы изменений климата в значительной мере зависят также от рельефа (чем выше берега, тем быстрее затухают эти изменения) и от параметров водохранилища (главным образом от объема воды в нем).
Весной водохранилища оказывают охлаждающее влияние на прибрежные территории, а со второй половины теплого сезона вплоть до ледостава – отепляющее. Под воздействием водохранилищ, как правило, уменьшается континентальность климата: ход температур становится более плавным, суточная амплитуда температур воздуха уменьшается, влажность увеличивается, весенние заморозки прекращаются, осенние наступают позже и т.д. За счет большего, чем с суши, испарения с водной поверхности возрастает относительная и абсолютная влажность воздуха.
Создание обширных водных поверхностей приводит к значительному увеличению скорости и повторяемости ветра.
В теплый период года на акватории водохранилищ осадков выпадает меньше, чем на суше; до 10% увеличивается количество осадков в береговой зоне.
Сильное влияние на микроклимат оказывают водохранилища, используемые для охлаждения производственных вод, однако это влияние ограничено по территории и высоте слоя.
В проекте ПТЭБ на картах-схемах выделенной зоны климатического влияния, включая и площадь акватории самого водохранилища, для разных периодов года строятся изолинии величин отклонения климатических характеристик от соответствующих значений в природных условиях.
В проекте ПТЭБ выделяется зона воздействия регулирования стока водохранилищем на водные объекты в нижнем бьефе – территория ниже гидроузла водохранилища, в пределах которой существенные изменения претерпевает режим расходов и уровней воды в водотоках и водоемах и соответственно других гидрологических процессов.
Сезонное и многолетнее регулирование речного стока вызывает большее или меньшее снижение половодных (паводковых) расходов и снижение соответствующих уровней, которое наблюдается ниже крупных водохранилищ на протяжении сотен километров. Недельное регулирование стока ГЭС на больших водотоках может сказываться на протяжении до 200 км, а суточное регулирование – на протяжении до 80-100 км.
В нижних бьефах гидроузлов регулирующих водохранилищ на некотором протяжении возникает зона неустановившегося движения воды со сложным режимом уровней, скоростей течений и т.п., особенно при недельном и суточном регулировании ГЭС.
Водохранилища могут значительно изменять термический режим водотоков ниже гидроузлов. Осенью из водохранилищ поступает более теплая, а весной более холодная вода, чем в реках в естественных условиях. Прогрев воды в реке весной и охлаждение осенью до естественных температур могут отставать на 5-20 суток. Годовая амплитуда колебаний температуры воды в нижних бьефах по сравнению с естественными условиями уменьшается. По мере удаления от гидроузла влияние водохранилища уменьшается. Протяженность зоны влияния на температурный режим рек достигает сотен километров.
Значительные изменения в нижних бьефах гидроузлов водохранилищ (особенно при наличии в их составе ГЭС) происходят в ледовом режиме. Так из-за более высокой температуры воды, сбрасываемой из водохранилища, образуется полынья. Размеры которой изменяются в течении зимы. В связи с изменчивостью метеорологических условий и величин сбросных расходов движение кромки льда в течение зимы может отличаться большим разнообразием.
В районах с холодным климатом в нижних бьефах гидроузлов водохранилищ в период ледостава могут возникать зажоры и заторы, вызывающие подъемы уровней воды и существенные затопления поймы реки.
Изменение термического и ледового режима рек ниже гидроузлов крупных водохранилищ (особенно при наличии в их составе ГЭС) неблагоприятно отражаются на микроклимате речных долин в регионах с суровыми зимами. Существование полыней вызывает значительное увеличение влажности воздуха, частое образование туманов и т.п.
Осаждение в водохранилищах наносов изменяет режим твердого стока в нижних бьефах. В результате нарушаются сложившиеся русловые процессы не только в долинах и дельтах рек.
Непосредственно ниже плотин гидроузлов водохранилищ (особенно недавно созданных) происходят значительные размывы и углубления русла реки, а размытые отложения уносятся вниз по течению и на некотором расстоянии осаждаются, что приводит к образованию новых отмелей, перекатов и т.д.
Ниже регулирующих водохранилищ изменяется гидрохимический режим – сокращается сток некоторых биогенных веществ, выравнивается химический состав вод по сезонам года и др.
Изменения уровенного режима, твердого стока, термического режима, задержка части биогенного стока ведут к изменению условий развития водной флоры и фауны рек, их устьев. Наиболее заметно это сказывается на ихтиофауне из-за ухудшения условий нереста, нагула, зимовки рыб и т.д.
Значительное влияние оказывает регулирование речного стока водохранилищами на природу речных долин. Здесь следует выделять большие масштабы постоянного затопления из-за увеличения летнее-осенних меженных расходов; более существенные зимние затопления поймы из-за меньшей зимней пропускной способности русла; обледенения участков поймы, отрицательно сказывающиеся на луговой растительности.
Наибольшие изменения в природе речных долин происходят в связи с меньшим, чем в природных условиях затоплениями пойм в период весеннего половодья, в результате чего уменьшается площадь затопления поймы, сокращается длительность этого затопления, на части поймы прекращаются увлажнение, удобрение почвы илом и пополнение запасов грунтовых вод. В условиях засушливого климата это может вести к засолению почв, осуходоливанию лугов. В зонах избыточного увлажнения указанные выше процессы выражены менее резко и главной причиной ухудшения травостоя здесь может служить лишь сокращение плодородного ила. Вместе с тем, в отдельных речных бассейнах сокращение сроков затопления может положительно сказаться на продуктивности пойменных лугов.
В проекте ПТЭБ должны быть представлены границы зон влияния и характеристики влияния по перечисленным выше воздействиям.
В зоне воздействия регулирования стока водохранилищем на водные объекты в нижнем бьефе рекомендуется выделять следующие подзоны:
влияния многолетнего и сезонного регулирования стока;
влияния недельного и суточного регулирования стока;
полного или частичного изъятия стока из реки (при отводе воды из водохранилищ в деривационные водоводы, каналы переброски и т.п.).
В случае если подпор от нижерасположенного водохранилища распространяется до гидроузла рассматриваемого водохранилища, под зоной воздействия рассматривается только зона недельного и суточного регулирования.
|
