НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО И БЕЗОПАСНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА БАССЕЙНА РЕКИ АМУР
Российский НИИ комплексного использования и охраны водных ресурсов, Владивосток, Россия
Российский НИИ комплексного использования и охраны водных ресурсов, Екатеринбург, Россия
Река Амур является основной водной артерией юга Дальнего Востока, здесь проживает свыше 80% населения Дальневосточного федерального округа. Именно здесь сосредоточен основной промышленный, транспортный, энергетический потенциал и сельскохозяйственное производство Дальневосточного региона.
Специфической особенностью климата территории бассейна является муссонная и циклоническая атмосферная циркуляция, определяющая условия и характер выпадения осадков, существенную внутригодовую неравномерность речного стока, а геоморфология русел, резкие переходы от горных частей бассейнов рек к равнинным, слабая врезанность русел рек и соответственно малая их пропускная способность, а также антропогенная деятельность в бассейнах рек, являются идеальными условиями и факторами для формирования паводков на реках. По степени воздействия на хозяйственные комплексы наводнения в бассейне Амура являются наиболее значимыми из природных экстраординарных рисков. Наводнения стали самым негативным фактором, влияющим на экономику региона. Ущербы от больших и очень больших наводнений на юге Дальнего востока многократно превосходят аналогичные показатели по Российской Федерации. В тоже время к экстремальным гидрологическим явлениям относится и периодически повторяющаяся глубокая летне-осенняя межень, обуславливающая проблемы водообеспечения и судоходства.
Специфической особенностью данной территории также является наличие границы между РФ и КНР, протяженность которой по р. Амур, ее притокам (Аргунь, Уссури, Сунгач), по акватории оз. Ханка, рекам Раздольная и Туманная составляет 3570 км.
Берегоукрепительные и защитные противопаводковые сооружения на китайской стороне, почти двадцатикратное превышение населения КНР по отношению к населению, проживающему на Российской территории бассейна р. Амур, интенсивное развитие отраслей экономики, особенно на сопредельных с Российской стороной территориях, а также регулирование стока рек водохранилищами, приводят к трансграничным проблемам, связанным с деформацией русел, существенному изменению русловых процессов, экологическим проблемам.
Исторически сложившаяся ситуация с размещением объектов хозяйственной деятельности в долинах рек сформировала водохозяйственный комплекс (ВХК) бассейна р. Амур на Российской территории (рис. 1), который включает водохозяйственные и гидротехнические сооружения (ГТС), предназначенные для предупреждения вредного воздействия вод и использования поверхностных водных ресурсов: водохранилища и пруды различного назначения; противопаводковые дамбы; сооружения для забора вод из природных водных объектов и сооружений для водоотведения.
Водохозяйственный комплекс представляет собой совокупность водохозяйственных систем и сооружений, размещенных (полностью либо частично) на территориях субъектов
Рис. 1: Структура водохозяйственного комплекса в бассейне р. Амур
Российской Федерации, расположенных в бассейне реки. На Российской территории расположено 264 искусственных водных объекта различного назначения, образованных напорными гидротехническими сооружениями (таблица 1).
Безопасность гидротехнических сооружений водохранилищ сегодня находится на достаточно низком уровне. Из общего числа объектов 22% имеют аварийное и предаварийное состояние, а большая часть оставшихся сооружений требует проведения ремонтных работ.
Сложившаяся на сегодняшний день ситуация в сфере эксплуатации водохранилищ и прудов негативно сказывается на техническом состоянии ГТС (таблица 2). Поэтому возможность аварийных ситуаций на напорных и водосбросных сооружениях с каждым годом увеличивается.
Таблица 1. Распределение водохранилищ и прудов по субъектам РФ и видам их использования
Субъекты РФ | Вид использования водохранилищ и прудов | Всего | |||||
Энер-гетика | Сельс-кое хозяйство | Про-мыш-лен-ность | Рек-реа-ция | Противо-паводковое, противо-эрозионное | |||
12 | 4 | 97 | - | - | - | 113 | |
4 | - | 12 | - | - | - | 16 | |
Еврейская АО | - | - | 1 | - | - | - | 1 |
6 | 2 | 34 | - | 74 | 3 | 119 | |
3 | 1 | 3 | 2 | - | - | 9 | |
Агинский Бурятский АО | 1 | - | 3 | - | 1 | 1 | 6 |
Итого | 26 | 7 | 150 | 2 | 75 | 4 | 264 |
Таблица 2. Распределение предаварийных и аварийных напорных ГТС по субъектам РФ
Субъекты РФ | Состояние ГТС (водохранилища и пруды) | |
предаварийное | аварийное | |
Приморский край | 7 | 5 |
Хабаровский край | 6 | 3 |
Еврейская АО | 1 | - |
Амурская область | 11 | 22 |
Читинская область | 2 | - |
Агинский Бурятский АО | - | - |
Итого | 27 | 30 |
Основой систем защиты от наводнений населенных пунктов и ценных сельскохозяйственных земель в бассейне р. Амур остаются незатапливаемые дамбы обвалования. Здесь построено 189 подобных защитных противопаводковых сооружений. Наибольшее их количество расположено в Приморском крае (таблица 3), где в эксплуатации находится 100 дамб, защищающих более 40 населенных пунктов и порядка 100 тысяч гектаров сельскохозяйственных угодий.
Эти сооружения в значительной мере сокращают материальные ущербы и сдерживают социальное напряжение проживающего здесь населения.
Таблица 3. Распределение незатапливаемых дамб обвалования по их целевому назначению
Субъекты РФ | Целевое назначение | ||
Защита населенных пунктов | Защита сельхоз-угодий | Защита населенных пунктов и сельхозугодий | |
Приморский край | 33 | 59 | 8 |
Хабаровский край | 5 | 15 | 2 |
Еврейская АО | 5 | 7 | - |
Амурская область | 22 | - | - |
Читинская область и Агинский Бурятский АО | 32 | - | 1 |
Итого | 97 | 81 | 11 |
На сегодняшний день более чем 70 % дамб либо близки, либо превышают нормативные сроки службы сооружений подобного типа, свыше 60% из них находятся в неудовлетворительном состоянии и требуют проведения капитального ремонта.
Абсолютное большинство сооружений, предназначенных для забора воды непосредственно из поверхностных водных объектов, представлено речными водозаборами. В Приморском и Хабаровском краях таких водозаборов по 20, в Амурской области и Еврейской АО – 14 и 9, соответственно.
Для добычи подземных вод (в пределах рассматриваемой территории) используются скважинные групповые водозаборы, подрусловые водозаборы и одиночные скважины. Всего в бассейне р. Амур насчитывается более 8000 точек отбора подземных и подрусловых вод.
Работа объектов жилищно-коммунального хозяйства, промышленности и сельскохозяйственного производства связано с отведением в водные объекты большого объема сточных вод. Всего в бассейне реки Амур и на юге Приморского края насчитывается более 1200 выпусков сточных вод. Наибольшее их количество расположено на территории Приморского края (таблица 4).
Таблица 4. Ориентировочное распределение выпусков сточных вод
Субъекты РФ | Выпуски сточных вод | Очистные сооружения | |
Количество ОС | Количество выпусков | ||
Приморский край | 689 | 148 | 150 |
в том числе | |||
юг Приморского края | 434 | - | - |
бассейн р. Амур | 255 | - | - |
Хабаровский край | 301 | 95 | 96 |
Еврейская АО | 31 | 21 | 30 |
Амурская область | 226 | 75 | 89 |
Итого | 1247 | 339 | 365 |
Меньшая часть подобных сооружений (порядка 40 %) используется для отведения сточных вод, прошедших очистные сооружения. При этом многие очистные сооружения работают в ненормативном режиме либо перегружены (особенно сооружения биологической очистки), вследствие чего 29 % сточных вод с очистных сооружений сбрасывается в водные объекты недостаточно очищенными.
Таким образом (учитывая, что около 60 % выпусков используется для отведения неочищенных сточных вод), 61 % от общего объема стоков, попадающих в поверхностные водные объекты, остается загрязненным. Данное обстоятельство в сочетании с трансграничным переносом загрязняющих веществ и хозяйственной деятельностью на водосборах ведут к ухудшению качественного состояния поверхностных вод бассейна реки Амур и обуславливают категории социально-экологических водных проблем регионального и трансграничного характера (рис. 2).
Решение вышеупомянутых проблем возможно лишь на основе разработки научно-обоснованного комплекса водохозяйственных мероприятий в бассейне реки с целью обеспечения устойчивого и безопасного функционирования существующих гидротехнических сооружений, обоснования размещения новых защитных и берегоукрепительных сооружений, предупреждения вредного воздействия вод в периоды паводков и низкой межени, рационального использования и охраны водных ресурсов.
В настоящее время » (заказчик - Федеральное агентство водных ресурсов) разрабатывается перечень мероприятий, направленных на решение следующих основных задач:
Рис. 2: Категории социально-экологических водных проблем
Интегральная оценка состояния и долгосрочный прогноз формирования количественных и качественных характеристик водных ресурсов объекта, долгосрочный прогноз дождевых паводков, моделирование русловых деформаций и переработки берегов на Среднем Амуре;
Установление нормативов допустимого воздействия (НДВ) по химическим веществам на участках р. Амур в зонах влияния крупных населенных пунктов и промузлов;
Исследование влияния природных и антропогенных факторов на качество вод и донных отложений р. Амур;
Исследование влияния ГЭС на гидрологический режим и водные экосистемы;
Создание системы поддержки принятия управленческих решений в различных водохозяйственных условиях и информационного обеспечения решаемых задач;
Разработка программы по ведению государственного мониторинга водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений в бассейне р. Амур;
Разработка методики проведения мониторинга качества вод и донных отложений в условиях неопределенности их формирования (отсутствие или недостаточность данных по загрязнениям, привносимым из КНР);
Разработка гидродинамической модели распространения загрязняющих веществ в бассейне р. Амур.
На этапе работ 2007 года разработана автоматизированная база данных, содержащая информацию о водных объектах; объектах водопользования (водозаборы, водовыпуски, акватории, участки общего водопользования, очистные сооружения, гидротехнические сооружения и водозяйственные системы); створах наблюдений (посты наблюдений и контрольные створы водопользователей); специальных зонах и участках (водохозяйственные участки, зоны затопления, затороопасные участки, водоохранные зоны и зоны с особыми условиями их использования, зоны опасных русловых процессов); программах наблюдений за водными объектами и водоохранными зонами; данные наблюдений за водными объектами; данные по водоотведению и водопотреблению.
Визуальное представление пространственного положения объектов предусмотрено с помощью встроенной ГИС, и на растровых картоматериалах, хранящихся в базе данных.
Анализ системы ведомственного мониторинга в бассейне реки Амур и бассейнах рек юга Приморского края показал, что отсутствие специализированных подразделений, занимающихся ведением мониторинга водных объектов, и собственных наблюдательных сетей у Росводресурсов в связи с ростом объемов информации, требуемой для решения отраслевых задач, усложнением специализированного программного обеспечения, возрастающей сложности проблем, связанных с окружающей средой и водными объектами, ставит управление водохозяйственным комплексом в тесную зависимость от субъективных (следовательно, случайных) факторов.
Выявлено, что целесообразно осуществлять ведомственный мониторинг: - пограничных водных объектов; - водохранилищ, на которых подразделениями Федерального агентства водных ресурсов устанавливаются режимы специальных попусков, наполнения и сработки, пропуска паводков и впадающих в них водотоков; - водохозяйственных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений аварии, на которых вызывают чрезвычайную ситуацию не ниже территориального уровня. Всего выделено 215 объектов. В том числе: 21 природный водный объект; 193 объекта ВХК - 87 гидроузлов (водохранилищ, прудов) и 105 защитных дамб. Для их мониторинга предлагается создание 27 пунктов наблюдений за качеством вод водных объектов и 10 пунктов наблюдений за притоком воды в водохранилища.
Необходимость ведения мониторинга качества вод и донных отложений в условиях неопределенности их формирования возникает на водотоках, по фарватеру либо по середине которых проходит линия границы с сопредельными государствами. Для подобных водных объектов неопределенность условий формирования качественных показателей воды обусловлена, как правило, отсутствием информации:
- о качестве вод притоков, протекающих по территории сопредельного государства и впадающих на протяжении пограничного участка;
- об условиях водопользования и хозяйственного использования земель в бассейнах выше указанных водных объектов и об условиях хозяйственного использования земель сопредельного государства, прилегающих к исследуемому водотоку.
Методика проведения мониторинга качества вод и донных отложений в условиях неопределенности их формирования позволяет в значительной степени устранить трудности, вызванные отсутствием выше указанной информации и возникающие в ходе оценки влияния на формирование качества вод и донных отложений привноса загрязняющих веществ с территории сопредельного государства. Положительный эффект достигается прежде всего за счет научно-обоснованного размещения пунктов и створов наблюдений на пограничном водотоке. При этом предпочтительнее использовать физико-химические методы исследования состава вод и донных отложений.
В настоящее время аварийные ситуации все более заметно становятся доминирующим фактором, определяющим экологическое неблагополучие поверхностных водных объектов. При этом одним из основных механизмов, позволяющих эффективно минимизировать их возможные последствия, является наличие эффективных методов прогнозирования развития и распространения зон загрязнения. Теоретические исследования и практический опыт показал, что эффективность прогнозных моделей в значительной мере определяется полнотой и адекватностью задания исходной информации, в первую очередь, по морфометрии русла водотока. Поэтому для каждого достаточно крупного, значимого водного объекта должны создаваться гидродинамические модели, полностью адаптированные к их особенностям. Учитывая сложную морфометрию р. Амур (участок реки от устья впадения р. Сунгари до Комсомольска-на-Амуре, общей протяженностью ~ 620 км), для прогнозирования и оценки последствий аварийных ситуаций разработана имитационная 2-х мерная гидродинамическая модель на основе использования лицензированного программного продукта SMS V 9.2 . На этапе работ 2008 года планируется провести верификацию параметров модели, используя, в первую очередь, материалы отслеживания прохождения пятна загрязнений при аварийной ситуации в ноябре-декабре 2005 г., выполнение модельных расчетов зон возможного загрязнения при реализации аварийных ситуаций на потенциально-опасных объектах г. Хабаровска.
Результаты НИР-03 позволят создать основу водохозяйственного планирования, осуществлять оптимальное управление водохозяйственным комплексом, повысить надежность водообеспечения населения и объектов экономики, уменьшить вредное воздействие вод путем управления рисками возникновения неблагоприятных техногенных явлений и катастроф.
В экономическом и социальном аспектах эффективность от реализации намечаемых мероприятий будет достигнута за счет предотвращения и снижения ущербов от вредного воздействия вод; в экологическом аспекте - за счет своевременного предупреждения и ликвидации последствий, связанных с загрязнением водных объектов.
