Влияние равнинных водохранилищ на природные условия

При создании водохранилищ изменяется ландшафт речных долин и озерных котловин. Изменения ландшафта и гидрологического режима реки оказывает большое влияние на окружающую среду прилегающей территории. Взаимодействие водохранилищ с окружающей средой, прежде всего с природой водосборной площади, существенно отличается от взаимодействия естественных водных объектов. (Богословский, 1974)

Сильно видоизменяется ландшафт района сработки водохранилищ. Существенно уменьшается площадь, объем, ширина и глубина водохранилища в целом и его участков в частности. Наибольшие изменения происходят в верхнем участке водохранилища и в заливах, где вода уходит с затопленной поймы и сохраняется только в бывшем русле реки: фактически этот участок на время превращается снова в речку. Ниже водохранилищ ландшафт речной системы также изменяется, особенно при сезонном и многолетнем регулировании стока. В результате частичного или полного прекращения паводков уменьшаются площади весеннего затопления поймы. Изменение режима стока наносов вызывает размывы русла непосредственно ниже гидроузлов и изменение характера русловых процессов в дельтах. Эти изменения наблюдаются на расстоянии в сотни и тысячи км. (Матарзин, 2003)

Изменения гидрологического режима реки и процессов, происходящих в береговой полосе, отражаются на почвенно-растительном покрове, животном мире и микроклиматических условиях.

Образование на реках в нижних бьефах гидроузлов майн - незамерзающих участков - способствует изменению микроклиматических условий над самой рекой и в прилегающей береговой полосе. Температура воздуха здесь несколько выше, чем на окружающей местности, часто образуются туманы. Происходит постоянное и временное затопление и повышение уровня грунтовых вод, вызывая в нижних бьефах такие же изменения. Другое воздействие на природные условия в поймах и дельтах рек оказывает снижение паводковых уровней.

Изменение берегов водохранилищ

В природе не много таких быстро меняющихся и неустойчивых типов рельефа, как берега новых водохранилищ. В первые годы после создания водохранилищ, изменяются склоны речной долины, оказавшиеся на границе с водой. В одних местах берег начинает обваливаться и отступать, в других весь склон приходит в движение и возникает оползень, а в условиях балок - заливов образуются косы и пересыпи.

Главная сила, действующая на берега, разрушающая и намывающая их - ветровые волны и колебания уровней воды. Под воздействием волн происходят процессы абразии берегов, аккумуляции смытого материала и перенос его вдоль берегов. Колебания уровней воды определяют вертикальную зону волнового воздействия на берега, ширину зоны затопления и переработки берегов. Процессы затопления и подтопления берегов и волновая деятельность способствует развитию геодинамических процессов: обвалов, оползней, суффозий, просадок, а в определенных условиях - карста, термоабразии. (Вендров, 1970)

Существует несколько основных типов берегов: отступающие (разрушающиеся), почти не известные устойчивые и наступающие, или аккумулятивные. Каждые из этих берегов имеет свои особенности и закономерности формирования.

Отступающие под действием волн или абразионные берега широко распространены на всех водохранилищах. Разрушаются в основном крутые склоны долин. Состав пород абразионных берегов может быть любой (глины, пески, скальные породы и т. д.), все в той или иной степени размываются волнами. Быстрее всего разрушаются песчаные, лёссовые, несколько медленнее - суглинистые, ещё медленнее - глинистые. Скорость разрушения берега зависит и от его высоты: чем ниже берег, тем быстрее он размывается. Однако воды размывают породы, больше на больших берегах. В верховьях водохранилищ, в зоне выклинивания, возрастает роль сточных - речных течений. Обычно не ощутимые возле плотины, они способны транспортировать главным образом илистые частицы. Ежегодное разрушение берегов водохранилищ в первые годы часто превышает 10м., иногда до 20-30м. суши. Характерно, что мысы разрушаются быстрее, чем бухты и заливы, при равной крутизне склона и одинаковом геологическом строении. Мысы не защищены от волн широкой отмелью, так как продукты их разрушения уносятся вдольбереговыми течениями в заливы. Таким образом, каждый участок берега не развивается изолированно от других участков, удаленных от него, и с другой стороны, сам начинает влиять на соседние участки.

Обычно спустя несколько лет после наполнения водохранилища скорость размыва берегов постепенно уменьшается. Тем не менее, берег продолжает отступать еще многие десятилетия. (Вендров, 1970)

Большое влияние на формирование берегов оказывает полузатопленная растительность. Лес, густые заросли кустарников и трав уменьшают высоту волн, препятствуют движению наносов, и берег в таких местах не разрушается.

Своеобразно развиваются оползневые берега. После создания водохранилищ повышается уровень подземных вод, и влажность пород увеличивается. В результате меняются физические свойства грунтов. Всё это ведет к нарушению равновесия сил, которое обеспечивает неподвижность склона. Его неустойчивость увеличивает колебания уровня водохранилища, вызывающие резкие изменения давления грунтовых вод на породы. Возникает оползень, а в тех местах, где они наблюдались раньше, они вновь приходят в движение.

Для защиты берегов от размыва приходиться возводить защитные гидротехнические сооружения. Иногда от разрушения волнами намывается искусственный пляж.

Таким образом, по мере увеличения "возраста" водохранилищ переформирования их берегов уменьшается, образуется устойчивый профиль берега. Однако изменение водохозяйственных функций и режима водохранилища, тектоническое движения; циклические изменения гидрометеорологических условий и т. п. могут оживить процесс переформирования берегов.(Матарзин, 2003)

Водохранилища и климат

Влияние водохранилищ на климат распространяется на сравнительно небольшую территорию прилегающих районов и еще менее заметно в нижних бьефах гидроузлов. Изменения микроклимата при создании водохранилищ определяется увеличением суммарной радиации и радиационного баланса, большей теплоемкостью водохранилищ по сравнению с сушей, уменьшением шероховатости поверхности и другими факторами. (Богатырев, 1958)

Интенсивность изменений климата под влиянием водохранилищ зависит также от рельефа (чем выше берег, тем быстрее затухают эти изменения), от параметров водохранилища, особенно объема водной массы, и других факторов. Основные изменения метеорологических условий под влиянием водохранилищ состоит в следующем: увеличивается радиационный баланс, испарение, ослабляется континентальность климата, возрастают скорости ветра, появляются ветры типа бризов.

Изменения затрагивают практически все элементы микроклимата акватории и прибрежных территорий. Известно, также что причина специфичности климата прибрежной зоны водоемов кроется в различии физических свойств воды и суши. Альбедо водной поверхности при большой высоте Солнца колеблется всего от 7 до 11% и всегда меньше альбедо поверхности суши. (Матарзин, 2003)

Интенсивность потери тепла деятельной поверхностью в основном зависит от ее температуры, а, следовательно, различия в суммах эффективного излучения водой и сушей тем больше, чем больше термические контрасты между ними, которые тесно связаны с географической зональностью.

Для глубоких водохранилищ характерны большие сезонные колебания радиационного баланса воды к радиационному балансу суши. (Дубровин. Матарзин, 1959)

Весной водохранилища оказывают охлаждающее влияние на прибрежные территории, а во второй половине теплового периода отдавая накопленное тепло, оказывают отепляющее воздействие. Под воздействием водохранилищ в прибрежной полосе, как правило, уменьшается континентальность климата: ход температур становится плавным, суточная амплитуда температур воздуха уменьшается, влажность воздуха увеличивается, весенние заморозки прекращаются в более ранние сроки, осенние заморозки наступают позже и т. д.

В районе крупных водохранилищ несколько увеличивается количество осадков. За счет испарения с увеличившейся водной поверхности возрастает относительная и абсолютная влажность воздуха, что особенно заметно сказывается в аридных и семиаридных зонах. (Богословский, 1974)

В нижних бьефах гидроэлектростанций внутригодовое перераспределение стока приводит, к увеличению расходов воды в зимнее время и к усилению влияния их на температуру и влажность воздуха. Значительнее изменяется термический режим ниже глубоководных водохранилищ, в районах с холодным климатом.

В таких бьефах наблюдается повышение влажности воздуха и образование туманов. Также несколько в нижних бьефах изменяется микроклимат речных долин.

Таким образом, влияние водохранилищ на микроклимат в различных зонах неодинаково. В зоне недостаточного увлажнения это влияние затухает быстрее и резче, чем в зоне избыточного увлажнения. И распространяется дальше, но с менее резкими переходами. В тоже время абсолютные и относительные показатели изменения микроклимата возрастают при движении с севера на юг.

Влияние водохранилищ на грунтовые воды

С заполнением водохранилища начинается активное воздействие вод на его берега. Они смачиваются в связи с подъемом уровня грунтовых вод, их подмывает штормовая волна, на них действует ветер.

С заполнением водохранилища грунтовые воды подпираются водохранилищем и поднимаются ближе к поверхности земли до того уровня, при котором они вновь могут стекать в водоем. До тех пор пока грунтовые воды не достигнут этого уровня, происходит их непрерывное пополнение за счет водохранилища.

Процесс повышения уровня грунтовых вод происходит, как правило, очень медленно. На первом этапе, который продолжается от нескольких месяцев до многих лет, повышение уровня грунтовых вод происходит за счет двух источников: фильтрации воды из водохранилища и аккумуляции притока грунтовых вод. На втором этапе, когда уровень грунтовых вод достигнет уровня воды в водохранилище, только за счет грунтовых вод, движущихся в сторону водохранилища.(Вендров, 1970, «Влияние…»)

Быстрое повышение уровня грунтовых вод происходит в трещиноватых известняках, в галечниках, в гравии и крупнозернистых песках и медленное в суглинках и глинах.

По мере удаления от уреза водохранилища скорость распространения подпора уменьшается. Формирование подпорного уровня грунтовых вод происходит медленно и в значительном удалении от водохранилища может продолжатся несколько десятков лет даже в хорошо водопроницаемых породах.

Уровень грунтовых вод на территориях, прилегающих к водохранилищу, испытывает колебания в течении года в зависимости от изменения уровня воды в водохранилище. Со сработкой водохранилища уровень грунтовых вод начинает понижаться, и наоборот. Чем ближе к урезу водохранилища, тем больше амплитуда колебания уровня грунтовых вод в связи с небольшой скоростью фильтрации отстают от колебаний уровня водохранилища. Также в некотором удалении от него уровень грунтовых вод может снижаться, в то время как уровень водохранилища уже повышается, и наоборот. Сезонные колебания уровня грунтовых вод распространяются не на всю ширину зоны подпора грунтовых вод.

Повышение уровня грунтовых вод, вызывает заболачивание и подтопление территории, приводит к изменению почв, химического состава грунтовых вод и растительности. (Вендров, 1970)

Таким образом, изменения режима грунтовых вод имеет большое значение для водоснабжения, строительства и других отраслей хозяйства, на водохранилищах организованы гидрологические станции и посты. Также влияние водохранилищ на грунтовые воды изучается с помощью скважин, приуроченных на различных расстояниях от береговой линии.

Влияние водохранилищ на почвы

Характер влияния водохранилищ на почвы изменяется в зависимости от уровня грунтовых вод, удаленности от уреза водохранилища, уклона поверхности, механического состава почв, характера растительности. Ширина зоны влияния водохранилищ на почвы составляет нескольких десятков метров до одного, а иногда и нескольких км.

Изменения режима паводкового затопления земель, уровенного режима грунтовых вод и микроклимата приводят к изменению водного и теплового режима почв на побережьях водохранилищ, а, следовательно, и к уменьшению биологических и физико-химических процессов в них.

Зоны влияния водохранилищ на почвы в большинстве случаев нельзя четко оконтурить, так как, например, сильно подтопляемые почвы могут занимать отдельные понижения среди слабо подтопляемых земель; на прирусловых валах среди заболоченных земель почвы могут не испытывать никаких изменений. В нижнем бьефе почвенный покров изменяется дифференцированно. Это объясняется своеобразием и трансформацией гидрологического режима реки - более сильным и продолжительным увлажнением прирусловой части поймы и уменьшением поверхностного увлажнения остальной территории. Поэтому в узкой прирусловой полосе изменения в почвенном покрове проявляются в интенсификации процессов заболачивания или олуговения и аналогичным процессом в зоне подтопления вокруг водохранилищ. На большей части поймы, где уменьшается или прекращается увлажнение поймы паводковыми водами, наблюдается ксеротофитизация почв. Особенно это заметно в аридных районах, где отсутствие весенних или весенне-летних разливов объясняет - высокую интенсивность вторичного засоления поймы. До создания водохранилища периодическое промывание способствовало снижению засоленности почв и образованию горизонта пресных вод, который препятствовал капиллярному подъему более глубоких засоленных вод. На почвы пойм влияют также зимние затопления. Так, наледи на лугах и поймах могут на отдельных участках держатся до середины мая, что не только нарушает нормальный фенологический цикл, но и способствует развитию процесса оглеения почв с соответствующим изменением растительного покрова.(Вендров, Воропаев, 1987)

Таким образом, изменения почвенного покрова могут иметь и отрицательные и положительные последствия. При осуществлении соответствующих мелиоративных работ приток грунтовых вод в верхние слои почвы может явиться источником постоянного увеличения их плодородия, в связи с чем земли, расположенные в зоне подтопления, можно рассматривать как ценный фонд для сельскохозяйственного освоения.

Изменения растительного покрова

Изменение гидрологического режима, микроклиматических условий и почвенного покрова прибрежных территорий оказывает влияние на высшую растительность, как самого водоема, так и прибрежных территорий. Глубоководное и постоянное затопление территории приводит к полной гибели существующей здесь растительности - не вырубленных деревьев и кустарников, трав, мхов. Даже водные растения - тростники, камыши, рогоз и др. не могут существовать, если глубина воды превышает 2-2,5м. (Богословский, 1974)

В первые годы происходит быстрое разложение и минерализация органических остатков травянистой растительности.

На развитие водной и земноводной растительности в прибрежной зоне оказывает влияние уровенный режим, защищенность участка от волнения, глубина, форма и грунты дна, химический состав воды, характер и состав прежней растительности. На тех водохранилищах, на которых волны достигают большой высоты, заросли водной растительности на открытых участках побережья почти не развиваются. Мешают развитию такой растительности также крутые берега, глубокая ежегодная сработка и бедные грунты.

В первый год на мелководных участках водохранилищ преобладают разреженные заросли растений, перенесших затопление, или растительность совсем отсутствует. На второй и отчасти третий годы массовое распространение получают рогоз, сусан, тростник и др. В дальнейшем широко развивается лиственное разнотравье при одновременном отмирании рогоза, а на последнем этапе характерно преобладание узколиственного воздушно-водного разнотравья и крупной осоки, а в глубоководной зоне - урути. (Вендров, 1970)

При повышении уровня грунтовых вод ближе к поверхности травостой становится беднее, многие ценные травы исчезают.

Но не всегда заболачивание отрицательно влияет на рост леса. Бывает, что в почве присутствуют все признаки заболачивания и, тем не менее, лес растет здесь лучше, чем до создания водохранилища. Значит, в пояс заболачивания попал лес, ранее страдавший от недостатка влаги.

Изменения животного мира

Особенностью влияния гидростроительства на природные комплексы и их компоненты является создание в пределах территории влияния новых экосистем, которые имеют иной качественный и количественный уровни круговорота веществ в природе. (Вендров, Дьяконов, 1976)

Создание водохранилищ коренным образом изменяет местный ландшафт. Это может отрицательно повлиять на привычный образ жизни и рефлексы животных: сезонные пути их миграции, изменение мест водопоя, условия их зимовки, поисков пищи и т.п. В совокупности с изменениями климата изменения ландшафта могут привести к ухудшению условий гнездования птиц, повлиять на пути перелетных птиц. Зимние затопления пониженных территорий (обычно в дельтах зарегулированных рек) неблагоприятно сказываются на местах обитания мелких животных.

Интенсивность влияния факторов гидростроительства на природные комплексы и их компоненты на разных этапах строительства и эксплуатации неодинакова. Выделяется четыре основных периода (или стадии) влияния гидроузлов на окружающую среду:

  ·   период строительства - от начала стройки до наполнения водохранилища до НПУ;

  ·   заселение природных комплексов в первые десять лет существования водохранилища;

  ·   созревание фаунистических и флористических компонентов природных комплексов во второе десятилетие существования водохранилища;

  ·   стабилизация природных комплексов на территории влияния, наступающая обычно спустя 20 лет после наполнения водохранилища.

Следует учитывать также необходимость зонирования всей территории, на которую распространяется влияние гидроузла, на три основных участка, имеющих свою специфику:

  ·   район расположения основных сооружений и окружающей хозяйственной инфраструктуры;

  ·   водохранилище (верхний бьеф);

  ·   нижний бьеф.(Авакян, Воропаев, 1976)

Многообразие видов животных определяет разную их реакцию на те или иные проявления влияния гидросооружений на окружающую среду.

При оценке воздействия гидротехнического строительства на животный мир должны учитываться следующие основные тенденции:

1. Снижение биологического разнообразия. Речные долины (пойма) являются зоной повышенного биотопического и видового разнообразия. Создание водохранилища может вызвать исчезновение уникальных экосистем и отдельных видов в зоне влияния водохранилища.

Высока вероятность деградации и потери целого ряда популяций животных, находящихся на пределе распространения.

2. Снижение биологической продуктивности на склонах побережий водохранилища. Появление водохранилища во многих случаях приводит к разобщению кормовых и защитных станций. Этот фактор, наряду с затоплением долинных мест обитаний, усилением браконьерства и охоты на хищников, а также увеличением частоты гибели животных от травм, может явиться одной из основных причин снижения численности животных на склонах побережий водохранилища.

3. Вынужденные концентрации млекопитающих в районах выклинивания подпора водохранилища на реке и ее притоках. Потребность в восполнении утраченных и нарушенных природных комплексов, имевших в своем составе долину относительно крупной реки, животные будут пытаться восполнить за счет сохранившихся долин и каньонов. На притоках будет отмечаться тенденция к формированию зон повышенной численности и миграционной активности большинства видов млекопитающих.