Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Эколого-географические изменения в бассейнах сибирских рек при крупномасштабных водохозяйственных мероприятиях

ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, доктора географических наук, Савкин, Валерий Михайлович, Новосибирск

Официальные оппоненты:

Г.В.Белоненко, доктор географических наук, профессор Н.Н.Назаров, доктор географических наук, профессор ДА.Вураков, доктор географических наук, профессор

Ведущая организация: Сибирский региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институт Росгидроиета

Защита состоится « 15 » января 2002г. к « 15 » часов на заседании

диссертационного совета_Д .2 Пермском государственном

университете по адресу: 614000 г.Периь, у.Букнрева, 15 корп.1.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомится в библиотеке Пермского государственного университета.

Диссертация в виде научного доклада разослана« С » ,2001г. •

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат географических наук, доцент

А-Б.Китаев

Введение

Актуальность работы. Ресурсы поверхностных вод во многом определяли и определяют становление и развитие промышленного и сельскохозяйственного потенциала Сибири, демографические показатели региона, отличающегося разнообразием природных и социально-экономических условий.

В середине XX века темпы использования водных ресурсов рек для нужд хозяйственных комплексов резко возросли, что вызвало усиление техногенного воздействия на окружающую среду, нарушение равновесия между обществом и природой. Сформировавшиеся в бассейнах рек водохозяйственные комплексы по существу не принимали эффективных мер к решению экологических проблем, что послужило первопричиной современного кризисного положения в гидротехническом строительстве и использовании крупных зарегулированных речных систем.

Недостаточно полная информация об искусственных водных объектах, противоречия между водопользователями и их взаимодействие с природной средой обусловили критическое отношение общественности к гидротехническому строительству вообще.

Невзирая на позитивные стороны мирового опыта, в России в настоящее время крупные водохранилища не строятся и не проектируются, а создание малых, оказывающих минимальные негативные воздействия на окружающую среду, крайне ограничено. Разрешение этой проблемы академик В.А. Коптюг, отдавший много сил разработкам концепции устойчивого развития Сибири, видел в эколого-экономическом обосновании крупных проектов, которое должно стать необходимым элементом демократизации общества и важным условием для принятия обоснованных решений.

В период наибольшего развития гидротехнического строительства на в Сибири был создан целый ряд искусственных водоемов-На Иртыше - Бухтарминское, Усть-Каменогорское, позднее на Оби - Новосибирское, на Енисее и его притоках -, Саяно-Шушенское и Майнское, Курейское и Хантайское, а водохранилищ на Ангаре. Проектировалось строительство Чемальского водохранилищ на р. Катунь, Каменского - на р. Оби, ого на р. Томи и Туруханского на р. Нижняя Тунгуска, а также агабное территориальное перераспределение стока в пределах гиона. Столь крупные водохозяйственные мероприятия не могли как к региональным, так и глобальным экологическим и •омическим последствиям.

•гярокий спектр проблем, охвативший практически все основные деятельности - хозяйство и экономику, технику и науку, охрану

ъ-тл\/гт1-и:т V г>ат/*алл

природы и социальное развитие общества. Все эти проблемы оказали взаимосвязаны, неоднозначны и носили как правило противоречивый характе

В изучении ряда основных компонентов, составляющих общий проце влияния крупных искусственных водоемов на окружающую среду, настоящему времени уже имеются существенные . результаты, отдельнь эколого-географические вопросы остаются нерешенными, приобретая е большую актуальность.

Вызвано это рядом причин, основные из которых связаны с тем что:

- отдельные компонентные процессы: переформирование берегов и ло водохранилищ, подтопление, формирование качества воды, функционировани всех уровней биоты оказались более сложными, чем оценивалось прогнозировалось на стадии проектирования водоемов, что связано различной интенсивностью взаимодействия природных и антропогенны факторов;

- повысились требования к получению системных многопараметрически оценок, учитывающих как отдельные интересы водного хозяйства, та экологические и социальные потребности общества;

- произошли изменения в социально-экономической ситуации в России в конц XX века, в том числе возникновение частной собственности на природны ресурсы вообще и водные в частности;

- отмечается снижение объема научных исследований водноресурсного водно-экологического направления, особенно экспедиционных экспериментальных, направленных на многолетнее изучение взаимодействи различного типа искусственных водоемов с окружающей средой;

- наблюдается недостаточная разработанность экологических критериев обосновании теории регулирования речного стока и методов управлени водами суши.

Особую актуальность в настоящее время приобрела оценка изменени геоэкологического состояния зарегулированных речных систем и прилегающи к ним территорий под влиянием увеличивающейся техногенной нагрузки н водные ресурсы длительно существующих искусственных водоемов в Сибири.

Кроме этого неблагоприятные тенденции увлажненности юга Обь Иртышского междуречья и прогрессирующее хозяйственно-экологическо состояние его крупных озер обусловили необходимость разработк мероприятий по внутрибассейновому перераспределению речного стока. Дл обоснования этих проектов потребовались комплексные исследования.

При разработке проектов межбассейнового перераспределения речног стока в 70-х годах XX столетия в качестве основных источников водны ресурсов предполагались реки Иртыш, Обь и Енисей, что потребовал уточненных эколого-экономических прогнозов всего комплекса изменени природных и социальных условий в районах изъятия и трасс транспортировки речного стока на юг Срединного региона.

Современное изучение крупных водных объектов указывает на прогрессирующее возрастание техногенных нагрузок как на водные ресурсы, так и на территории в зонах их влияния. В связи с этим снижение внимания к ним не только не оправдано, но и крайне опасно, так как могут возникнуть негативные тенденции в развитии водно-экологической и водохозяйственной ситуаций. К настоящему времени четко прослеживается необходимость рассматривать водно-ресурсную ситуацию в бассейнах рек неотрывно от общей проблемы природопользования. Актуальность обобщения результатов многолетних исследований рек, озер и водохранилищ связана и с необходимостью научного обоснования комплексных программ возрождения великих российских рек.

Цель работы: Обоснование эколого-географического подхода к прогнозированию изменения природных условий, в том числе, развития экзогенных геологических процессов в береговой полосе водохранилищ.

Задачи исследований:

- обобщение результатов изучения водно-ресурсного потенциала рек Сибири на различных этапах водохозяйственной деятельности в их бассейнах. Анализ особенностей распределения водных ресурсов рек по отдельным зонам региона, обоснование возможностей их рационального использования;

- выявление особенностей формирования и пространственно-временной динамики гидрологических и геодинамических процессов на сибирских водохранилищах различного типа;

-анализ и оценка методов прогноза развития абразионных берегов и факторов их определяющих на различных стадиях существования водохранилищ Оби и Енисея;

- определение масштабов и характера изменения водно-экологической и водохозяйственной ситуации в бассейне Оби под влиянием мероприятий по межбассейновому и внутрибассейновому перераспределению речного стока;

- совершенствование методик оценки водно-экологических последствий крупномасштабных водохозяйственных мероприятий в бассейнах Оби и Енисея.

Научная новизна. Выполненные автором исследования впервые позволили в едином комплексе рассмотреть ресурсы речного стока и изменение окружающей среды при крупных водохозяйственных мероприятиях, связанных с созданием водохранилищ и территориальным перераспределением речного стока. Анализ большого объема результатов натурных наблюдений представил возможность автору обоснованно сформулировать общие теоретические положения и выявить специфику процессов, обусловленных

зарегулированием речных систем Сибири и использованием поверхностны вод. Впервые разработана схема эколого-географического подхода базирующегося на гидрологической основе, для оценки изменения природны условий в зонах влияния искусственных водоемов.

Автором установлено:

-применение сравнительно-географического метода, основанного н большом объеме фактического материала, позволяет достоверно оценит пригодность существующих методов расчета и прогноза, уточнить границы и применения, повысить надежность и оправдываемость предварительны прогнозов, разрабатываемых на стадии проектирования водохранилищ Сибир различного типа;

-экспериментальные зависимости между энергетическими параметрам ветровых волн и объемами абразии берегов, коэффициентов размываемост пород различной литологии, слагающих береговые склоны о морфометрических показателей прибрежных отмелей, полученные на участк! водохранилищ-аналогов, могут быть успешно использованы пр моделировании и теоретических расчетах развития берегов водохранилищ;

— выявленные автором основные эколого-географические водохозяйственные изменения, вызванные как созданием водохранилищ, так и мероприятиями по перераспределению речного стока, позволяют рассмотреть и наиболее полно оценить природно-хозяйственные последствия проведения водохозяйственной политики - от предпосылок и предварительных прогнозов-до фактических результатов взаимодействия искусственных водоемов с окружающей средой.

Объекты и методы исследований. В основу работы положены материалы фактических наблюдений, систематизация и обобщение полученных результатов, оценки оправдываемости предварительных прогнозов процессов в прибрежной зоне, установленных автором и его коллегами при выполнении многолетних (1960-2000 г.г.) исследований в бассейнах Оби и Енисея, на Обь-Иртышском и Обь-Енисейском междуречьях. В работе рассмотрены геоэкологические последствия создания 15 крупных водохранилищ Сибири, в том числе 9 длительно эксплуатируемых и 6 предлагавшихся к незамедлительному строительству в недалеком прошлом. Дан анализ водно-экологических и водохозяйственных последствий для бассейна Оби в случае реализации проектов по территориальному перераспределению речного стока.

Исследования включали стационарные и маршрутные полевые наблюдения за гидрологическими, гидроклиматическими и геодинамическими процессами, экспериментальные и теоретические разработки, основанные на использовании наиболее репрезентативных методов географических

исследований, таких как классификация, типизация, сравнение, и географическое подобие, экспертные оценки.

Защищаемые положения:

-схема эколого-географического подхода к оценке изменения природных и водохозяйственных условий в зонах создания искусственных водоемов;

- научное обоснование современной актуальности регулирования и перераспределения речного стока с целью компенсации его неравномерности во временном и территориальном аспектах, улучшение качества речных вод;

- программа приоритетных направлений эколого-географических исследований на стадиях планирования, проектирования и реализации крупных водохозяйственных мероприятий;

- анализ эколого-географических изменений под влиянием крупных водохранилищ, межбассейнового и внутрибассейнового перераспределения стока сибирских рек.

Защищаемые положения являются основой схемы эколого-географического подхода к оценке изменения природных условий в зонах влияния искусственных водоемов, подтверждаются многолетними исследованиями автора.

Практическая значимость работы. Результаты исследований, представленных в работе, широко использовались проектными, производственными и административными организациями в течение всего периода их выполнения. Имеются официально подтверждающие документы. На Новосибирском водохранилище дано обоснование для реконструкции подводной и надводной частей берегоукрепительного пляжа на участке Южносибирской железнодорожной магистрали и водозаборных сооружений Академгородка СО РАН. Предложенные параметры пляжа использованы проектными и строительными предприятиями. Заключение Межведомственной комиссии по приему в эксплуатацию Новосибирского гидроузла в разделе переработки берегов водохранилища основывалось на результатах фактических наблюдений и уточненных прогнозов этого процесса на перспективу. Результаты длительных наблюдений за развитием берегов водохранилища в сочетании с последовательным уточнением прогнозов послужили обоснованием для берегоукрепительных мероприятий. Институту ЗапСибгипроводхоз и администрации Новосибирской области переданы материала к размещению головного водозабора в средней части водохранилища и прогнозы изменения природных условий на трассе транспортировки воды по проекту обводнения р. Карасук и оз. Чаны. Управление эксплуатации Новосибирского водохранилища Роскомвода РФ для

оперативной деятельности использует результаты наблюдений за устойчивостью берегоукрепительных сооружений.

Областному комитету охраны окружающей среды и природных ресурсов передана составленная автором карта формирования берегов Новосибирского водохранилища за весь период его существования.

Верхне-Обскому водоозяйственному управлению Роскомвода РФ периодически представляются результаты комплексных исследований гидролого-гидрохимического и водноресурсного состояния водохранилища в условиях возрастающей потребности в его водных запасах и сработки уровня воды ниже отметки УМО.

Отделу водохранилищ Красноярского крайисполкома (администрации) и дирекции ГЭС бы ли переданы результаты специальных полевых исследований устойчивости берегов в местах гражданских захоронений и скотомогильников, находящихся в диапазоне сезонных колебаний уровня воды Красноярского водохранилища, что не исключало возможность их размыва. Институту Ленгидропроект были переданы результаты фактических наблюдений и уточненных прогнозов развития берегов Красноярского водохранилища у населенных пунктов: Лебяжье, Усть Сыда, Абакано-Перевозное, Новоселово, Куртак и др. Представленные материалы в дальнейшем были использованы для решения конкретных природоохранных и хозяйственных задач в береговой полосе водохранилища.

Для верхней части Саяно-Шуше некого водохранилища были уточнены прогнозы формирования берегов и прибрежных отмелей у г. Новый Шагонар и п. Чаа-Холь, рекомендован ряд мероприятий по хозяйственному освоению территории, находящейся в зоне сезонных колебаний уровня воды.

Енисейскому бассейновому управлению водных путей были переданы картограммы высот ветровых волн по протяженности Красноярского водохранилища, а также заключения о переформированиях береговой зоны в местах расположения портов-убежищ и причальных сооружений.

Головным институтам и в ГКНТ СМ СССР переданы результаты оценки водно-ресурсной ситуации на Нижнем Иртыше и Нижней Оби, а также прогнозы экологического состояния их пойм в районах планируемых для изъятия и транспортировки стока в целях межбассейнового его перераспределения. Выводы о возможности развития ряда необратимых последствий для Обского севера, в случае необоснованно высоких величин отъема стока, нашли отражения в правительственном решении по данной проблеме.

При оценке содержания в р. Катуни и планируемых водохранилищах тяжелых металлов, в том числе ртути, в основу расчетов, в сочетании с различными источниками поступления, были положены и результаты гидрологических исследований. Материалы представлены в институт Гидропроект, администрацию Республики Алтай и Президиум СО РАН.

Итоги изучения водно-ресурсного и гидролого-гидрохимического состояния бассейна р. Томи использованы для разработки водоохранных

мероприятий. В последующем полученные материалы были положены в основу раздела «Гидрология и водные ресурсы» целевой программы «Коренное улучшение водохозяйственной и экологической обстановки в бассейне Томи». В сочетании с результатами выполнения темы «Комплексный экологический мониторинг Средней и Нижней Оби», они могут служить основанием для разработки Соглашения между субъектами РФ по Обскому бассейну.

Личный вклад автора. Основные темы научно-исследовательских работ, выполненных при непосредственном участии автора, приведены в табл.1

Таблица 1

Основные те