CC BY
42
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 1 - 2, 2015
УДК 504.4.054
ПРОБЛЕМА ТОРФЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС СИБИРИ
Ю.И. Рябоконь, В.П. Корпачев, А.И. Пережилин, А.А. Андрияс, С.М. Сладикова
ФГБОУ ВПО Сибирский государственный технологический Университет, 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82, [email protected]
В статье описаны типы торфяных болот по лесной, лесостепной зонам и зоны тундры, рассматриваются причины, условия и механизм всплывания торфяных полей.
Ключевые слова: водохранилище, торфяные острова, механизм всплывания
The article describes the types of peatlands for forestry, forest-steppe zones and tundra, discusses the causes, conditions and mechanism of floating peat fields.
Keywords: reservoir, peat islands, mechanism of emersion
ВВЕДЕНИЕ
Создание крупнейших ГЭС в Сибири сопровождается большим техногенным воздействием на окружающую природную среду. Такие воздействия значимо проявляются при изменениях экологического состояния водных объектов.
Под экологическим состоянием водных объектов принято понимать поведение и существование водных экосистем, на которые, в первую очередь, оказывают влияние следующие факторы:
- засорение акватории, дна и берегов древесно-ку-старниковой массой, торфяными полями и торфяной крошкой, луговой, высшей водной растительностью и др. Особую активность и увеличение массы проявляют, при прочих равных условиях, водная растительность, фитопланктон и бескостные организмы с повышением температуры воды, возникающей или на мелководье или при сбросе подогретых вод (используемых для охлаждения пара на конденсаторах теплоэлектростанций).
- изменение фонового гидрохимического режима и качества природных вод эксплуатируемых водоемов в зависимости от внешних (стоко-сбросовых) и внутриводоемных процессов.
Одной из многочисленного ряда проблем по обеспечению экологически нормального состояния природных вод является проблема борьбы с торфяным загрязнением водных объектов, проявляющихся как затопление торфяных болот в виде образования плавающих островов и полей торфа, торфяной крошки в массе воды и на берегах, биогенных торфяных берегов и т.д.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Болотом принято называть избыточно увлажненный участок поверхности земли, характеризующийся накоплением в верхних горизонтах мертвых неразло-жившихся растительных остатков, превращающихся с течением времени в торф. Из-за постоянной насы-
щенности почвы болот водой аэрация их затруднена и поэтому торфообразование происходит в анаэробных условиях, причем часто в кислой среде. Торфяники -это болота, имеющие слой влажного торфа не менее 30 см, и заболоченные земли - залежи, имеющие слой торфа менее 30 см.
По принятой в России классификации торфяные залежи-болота относятся к четырем типам: низинным, переходным, верховым и смешанным. В дальнейшем, исходя из целей настоящей работы, рассматриваются только три типа торфяных болот, приуроченных к лесной, лесостепной зонам и зонам тундр, а именно: низинные, верховые, переходные болота.
При определении мощности (расчете запасов) торфяных залежей рекомендуется (Алексеев, 1994) различать напластования органической массы торфа любого типа болот.
Объемная масса каждого из выделенных слоев торфяников определяется произведением объемных запасов торфа в них на объемную массу АСВ самого торфа, величина которой представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Объемная масса торфов в различных типах болот Сибири и Дальнего Востока в зависимости от их стратиграфии (в т. АСВ/м3)
Слой торфяной залежи
Типы болот торфогенный < средний придонный >
0,4 м 0,4...1,5 м 1,5 м
Торфяники Сибири
Низинный 0,133 0,122 0,240
Переходной 0,068 0,109 0,161
Верховой 0,049 0,091 0,161
Торфяники Дальнего Востока
Низинный 0,350 - -
Переходной 0,12 - -
Верховой 0,094 - -
Примечания:
- табличные данные приведены с использованием исследований, опубликованных в монографии (Углерод, 1994);
- прочерки в таблице обозначают отсутствие данных.
Не детализируя далее подробно негативы и последствия торфяного засорения водных объектов, отметим два основных их направления.
С одной стороны, на ряде средних и больших рек и водоемов действующие острова и поля всплывающих торфяников оказывают значительные помехи и негативы при эксплуатации водохранилищ (увеличивается возможность засорения водозаборных сооружений), при организации и проведении грузового и пассажирского внутреннего водного транспорта, при рекреационном использовании водных объектов (изменение цвета воды; запах; плавающая и выброшенная на берег торфяная крошка и др.), при проведении лесосплава и др.
С другой стороны, большое негативное влияние на гидрохимический режим и качество природных вод рек и водоемов оказывают плавающие, береговые торфяные поля и острова, и (особенно) торфяная крошка. Исследования ГосНИОРХа подтверждают (Сравнительный характер..., 1978), что избыток в водной массе легко разлагающихся органических веществ, входящих в состав торфа, приводит к интенсивному развитию сапрофитной микрофлоры, а в комплексе с вымываемыми из него гуминовыми и легкорастворимыми кислотами - к нарушению гидрохимического режима (т. е. к изменению содержания кислорода, БПК5, рН и пермангонатной окисляемости). Особенно угнетающее влияние на жизнедеятельность водорослей и подавляющего количества видов ихтиофауны оказывает торфяная крошка, которая является для них сильным токсином при превышении ее предельно допустимой концентрации в воде, равной 57 мг/л.
Из многочисленного ряда причин, условий и механизмов всплытия торфяных островов, освещаемых в работах различных исследователей, можно отметить следующие, наиболее важные (Богдановская-Гиенэф, 1959; Матарзин, 1966; Богучанское водохранилище, 1979): свойства торфяной залежи, гидрологический режим водохранилищ.
Анализируя отечественную и зарубежную литературу, а также учитывая отмеченные выше причины и условия образования, всплывания, миграции и существования на акваториях водных объектов торфяных полей и вообще торфяного загрязнения можно (предварительно) прогнозировать следующие особенности образования и негативы, привносимые затопленными торфяниками.
Для горных (частично полугорных) водохранилищ, большинство торфяных островов будут образовываться в пределах заливов, глубоко вдающихся в коренные берега (береговая полоса водохранилища) и образованных подпорными устьевыми участками притоков. Такие плавающие острова практически не будут иметь свободного выхода (отсутствие течения, большая извилистость притока и др.) на основную акваторию водохранилища, либо будут фиксироваться на акватории заливов (перекрытие устья заливов боновыми завесами - ограждениями). Однако, постепенно разрушаясь при миграции от берега к берегу, таянии внутренних линз льда, воздействии ветрового волнения на куски
и торфяную крошку, такие острова будут способствовать развитию биогенных берегов, местному и общему (и не только в заливах) загрязнению вод органикой, гумусом и биогенными веществами.
Для равнинных и большей части полугорных русловых водохранилищ торфяные (значительные по размерам) поля и острова образуются не только в заливах (как в условиях горных водохранилищ), но и непосредственно на основной акватории водохранилища в результате затопления пойменно-береговых торфяных болот. Плавающие торфяные поля, особенно на мелководных участках, вследствие накопления растительных остатков (мхов, осоки, хвоща и т.п.), а также в условиях защищенности от воздействия ветровых волн, могут разрастаться по поверхности воды с увеличением год от года толщины торфяного слоя. Как правило, плавучие острова не садятся крепко на дно. Они дрейфуют по акватории в различных направлениях, довольно легко изменяют свое положение или пути миграции при изменении ветра и течения и их достаточно сложно изолировать на акватории основного водохранилища. Попадая на открытые участки акватории водохранилищ, подверженных ветровому воздействию, плавающие торфяные поля и острова ветровыми волнами разбиваются на мелкие куски и прибойными потоками выбрасываются на берега и засоряют их, участвуя в образовании прибрежных валов. Отметим, что значительную роль в рельефообразовании береговой полосы таких водохранилищ играют торфяники, всплывшие но не оторвавшиеся от берега (т.е. от основного массива). В этом случае береговая линия принимает неясно выраженные очертания с многочисленными заливами, уходящими далеко вглубь берега. Такие берега на долгое время остаются источниками загрязнения вод водохранилища гумусом, органикой и торфяной крошкой.
Своеобразно проявляются и формируются плавающие торфяные острова и биогенные берега водохранилищ лесной зоны (особенно изобилующие болотными торфяными залежами) как в первые (заполнение чаши), так и в последующие годы их эксплуатации. Так например на Нарвском и Верхне-Си-вирском водохранилища за первые годы наполнения и эксплуатации приблизительно за 5 - 8 летний период (Сравнительный характер., 1978; Богданов-ская-Гиенэф, 1959) их организации и эксплуатации площади плавающих торфяных островов составили, соответственно, 37 и 13 км2, т.е. около 45 % и более 50 % площади затапливаемых болот. При этом размеры плавающих островов достигали в длину более 1 км при ширине в несколько сот метров. На Камском водохранилище наличие затопленных в его ложе торфяников (около 65,6 тыс. га) обусловило не только большое количество плавающих островов, но и образование так называемых «плавающих» берегов, т.е. берегов с прикрепленным к ним всплывшим торфяником, глубина воды под которым составляет несколько метров. Протяженность таких берегов достигает там нескольких километров.
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 1 - 2, 2015
Существенное влияние на всплывание торфа оказывают:
- амплитуда колебания уровня воды, которая обуславливает большее промерзание торфяных болотистых берегов;
- характер колебания уровня воды (летняя сработ-ка и накопление);
- метеорологические условия предшествующих зимних и летних периодов;
- стратификация торфяных залежей, т.е. строение торфяников, выражающееся в определенной последовательности напластования различных видов торфа.
Все эти причины в конечном итоге способствуют более интенсивному и массовому всплыванию торфяных полей и островов.
Используя результаты исследований различных организаций (Богучанское водохранилище, 1976; Бо-гучанская ГЭС..., 1976) и собственные разработки по вопросам возможного торфяного загрязнения водной массы Богучанского водохранилища отметим следующие наиболее важные аспекты.
Крупные болотные массивы, попадающие в зону затопления с глубинами менее 10 м в Богучанском водохранилище отсутствуют. Болота, обуславливающие всплывание торфяников, находятся по долинам рек Кова, Кежма, Ката, Парта, Немнига и на основных бе-
регах водохранилища: на правом берегу - ниже села Кежма в междуречье рр. Народимая и Муньджа и на левом в устьевой части междуречья рр. Ермака, Ка-родима, Гумбея (Богучанское водохранилище, 1976).
По проработкам Горьковского отделения института «Гипроторфоразведка» (Богучанская ГЭС., 1976) всего в зоне затопления Богучанского водохранилища выявлено и охарактеризовано 144 торфяных месторождения. Общая площадь затопления торфяных месторождений составляет 9,5 тыс. га с запасом торфа 86,6 млн. м3.
По типам болотистых залежей около 80 % составляют торфяники низинного типа, переходного типа -13 %, остальное - торфяники верхового типа.
Всплывание торфа на Богучанском водохранилище прогнозируется не одновременно, а на протяжении 20 лет его эксплуатации. При этом ожидается, что общая площадь всплывания торфа составит около 1,5 тыс. га, с объемом торфа 8,2 млн. м3 (примерно 16 % от затапливаемых площадей торфяников). Здесь доминирующими будут торфяные поля, площадью от 1 га до 20 га и мощностью (толщина торфа) от 0,2 м до 2,5 м. Общая размерно-временная характеристика возможного засорения акватории Богучанского водохранилища всплывающими торфяными полями представлена в таблице 2 (Богучанская ГЭС., 1976).
Таблица 2 - Масштабы прогнозируемого всплывания торфа по периодам организации и эксплуатации водохранилища Богучанской ГЭС
В период наполнения водохранилища
Показатели
Всего в период
В период эксплуатации
общая в т.ч. весной эксплуатации в 1-е пятилетие в 2-е пятилетие в 3-е пятилетие в 4-е пятилетие
1. Площадь торфяников, в га 585 506 901 605 104 125 67
2. объем плавающего торфа, в тыс. м3 3374 2830 4831 3314 746 494 277
3. Коэффициент всплывания, в % от 6 5 10 7 1 1 1
Всего по водохранилищу
1486
8205
16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
К основным известным (практически опробованным) мероприятиям по сокращению негативов от плавающего торфа можно отнести:
- разрезание торфяных полей и островов (гидроструями, механическими способами и др.) на удобно транспортируемые части, отбуксировка их в заливы или на мелководье, где они закрепляются различными способами или сажаются на мель, или утилизируются;
- сбор плавающих торфяных кусков и мелочи с последующей их транспортировкой (например в кошелях) в заливы, где торф выгружается на берег и утилизируется;
- затапливание больших и достаточно мощных (по толщине) плавающих торфяных островов, загружая их (в основном в зимний период) камнем и грунтом.
Однако, этот способ оказался малоэффективным, так как с наступлением весны и подъемом воды, лед сковывающий торфяные поля таял и практически все острова наклонялись и сбрасывая часть нагруженного балласта всплывали;
- взрывание (размельчение) средних и больших торфяных полей и островов динамитом. Этот способ оказался экологически неэффективен и опасен. При разрушении торфяных островов взрывом образовывается торфяная крошка, собрать которую практически невозможно, а последствия взрыва (оглушенная рыба) сводят на нет эффект разрушения острова (Юн-глеф, 1959);
- ограждение мест возможного всплывания торфяников плавающими гидротехническими сооружениями, с последующей переработкой плавающего торфа плавающими модулями-цехами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Углерод в экосистемах лесов и болот России / под ред.
B.А. Алексеева и Р.А. Бердси - Красноярск: ИЛиДСО РАН, 1994. - 224 с.
Сравнительный характер влияния стоков торфоразработок на химические показатели воды и гидробионтов / Сб. научн. трудов ГосНИОРХ, вып. 256. - Л.: НПО Про-мрыбвод, 1978 - С. 41 - 46. Богдановская-Гиенэф И.Д. Прогнозирование всплывания торфа на затопленных болотах / Труды III Всесоюзного гидрологического съезда, т. IV - М.: Гидрометеоиздат, 1959. - С. 73 - 85. Матарзин Ю.М. Всплывание торфяников и плавающие острова на Канском водохранилище / В сб.: География Пермской области, вып. 3 - Пермь: ПГУ, 1966. -
C. 17 - 25.
Авакян А.Б., Шарапов В.А. Водохранилища гидростанций
СССР - М.: Энергия, 1968. - 384 с. Богучанское водохранилище. Подземные воды и инженерная геология территории / Сиб. Отделение АН СССР, ин-т земной коры - Новосибирск: Наука, 1979. - 158 с. Богучанская ГЭС на р. Ангаре / Технический проект. Том III Водохранилище и охрана окружающей среды - М.: Гидропроект, 1976 - 95 с. Юнглеф К. Взрывание плавучих островов / Сплав леса в зарубежных странах - М. - Л.: Гослесбумиздат, 1959. -С. 64 - 68.
Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации по проекту № 1779 «Исследование закономерностей динамики лесных биогеоценозов Средней Сибири и влияние на них антропогенных факторов»
Поступила в редакцию 06.10.14 Принята к печати 20.12.14
