Прогнозы последствий создания Крапивинского водохранилища

Проект Крапивинского водохранилища разработан Казахским филиалом Гидропроекта в 1973 г. Предусматривались глубокая очистка сбрасываемых в р. Томь сточных вод и разбавление за счет попусков из водохранилища речной воды ниже гидроузла, что обеспечивало удовлетворительное санитарное состояние р. Томи до устья. Энергетика, речной транспорт, сельское хозяйство и другие водопотребители должны быть подчинены этой цели, ей отдавались все приоритеты. Предполагалось сезонное регулирование стока водохранилища.

Поскольку Крапивинское водохранилище имело такое назначение, планировались дорогие и тщательные средства очистки ложа.

В то же время это было бы обычное водохранилище, со всеми присущими ему положительными и отрицательными сторонами. Последние в основном и подвергались критике. Это – влияние водохранилища на микроклимат верхнего и нижнего бьефа, взаимодействие зимней полыньи с окружающей территорией, опасность ртутного загрязнения водохранилища и трофической цепи, вынос загрязняющих веществ в водохранилище и формирование качества воды, переработка берегов и подтопление.

По предварительным прогнозам влажность в береговой полосе возрастет и составит более 80 %, климатическое влияние распространится до 1–2 км, реже 3–5 км. Летняя температура воды в реке ниже гидроузла понизится на 8–10 °С, возрастания сейсмичности не ожидается. В настоящее время р. Томь полностью утратила свое рыбохозяйственное значение и строящееся водохранилище не планировалось для этой цели. Водохранилище позволило бы позитивно изменить количественную характеристику распределения речного стока в течение года.

В настоящее время расходы воды в реке в феврале – марте у г. Кемерово и Томска снижаются до 30–50 м³/с, с вводом водохранилища будет гарантирован расход не менее 600 м³/с.

Однако степень очистки сточных вод выше гидроузла не достигает ранее намеченной и большой объем различного рода загрязняющих веществ поступит в р. Томь и созданное водохранилище. В таких условиях перекрытие реки и заполнение водохранилища вызывает вполне обоснованную обеспокоенность общественности в отношении экологического состояния как самого водохранилища, так и нижележащего участка Томи. Поэтому строительство гидроузла приостановлено на неопределенное время.

Прогнозы последствий создания Крапивинского водохранилища рассматривались проектными и научно-исследовательскими организациями, широко обсуждались общественностью. Прогнозы его гидрологического режима, влияния на качественные и количественные показатели воды в р. Томи, а также динамику береговой зоны выполнены на основании результатов многолетних исследований Новосибирского водохранилища.

Крапивинское и Новосибирское водохранилища расположены на одной широте и находятся в относительно близких климатических условиях. Оба водохранилища относятся к долинному типу, но Новосибирское является равнинным, а Крапивинское относится к водоемам предгорных областей. Такие искусственные водоемы имеют много общего, что дает право рассматривать существующее 40 лет Новосибирское водохранилище и его влияние на природные условия прилегающей территории и реку как аналог предполагаемого Крапивинского.

Акватория Крапивинского водохранилища находится в пределах Кузнецкого Алатау и Кузнецкой межгорной впадины, по сложности морфологии чаши она подразделяется на 4 участка.

Нижний участок называется Крапивинским расширением. Это наиболее широкая (до 13 км) и глубоководная (до 54 м) часть водоема протяженностью 33 км. Берега этой части водохранилища в основном пологие, лишь в непосредственной близости от плотины – крутые и высокие. Белогорьевское сужение – каньонообразный участок – самая узкая часть водохранилища шириной – 1–2 км, протяженностью 27 км, с высокими, иногда скалистыми, обрывистыми берегами.

Средняя часть водохранилища представляет вытянутый в меридиональном направлении рекообразный участок водохранилища шириной 4–5 км и длиной 57 км. Берега участка крутые, обрывистые, изрезанные многочисленными заливами. Верхняя часть распространяется до зоны выклинивания подпора при НПУ, это наиболее мелководный участок водохранилища с островами протяженностью 16 км.

Морфометрически водохранилище относится к глубоководным водоемам, мелководья с глубинами до 2 м при НПУ занимают 5,3 % площади. Это отличает его от Новосибирского, где мелководья составляют 16 %, а площади с глубинами до 3 м – около 30 %.

Сравнивая гидрологические характеристики р. Томи в створе Крапивинского гидроузла и р. Оби в створе Новосибирского можно видеть, что сток р. Томи (29,6 км³) почти вдвое меньше, чем р. Обь (50,2 км³ ). Полезный объем Крапивинского в 2, а полный в 1,3 раза больше Новосибирского.

Приращения площадей водосборов водохранилищ 16 тыс км 2 и 13 тыс. км² близки между собой. В различные по водности годы соотношение полезного объема Новосибирского водохранилища и годового стока р. Оби изменяется от 12 до 6 % при колебаниях стока от 36,7 до 73,2 км³. Для Крапивинского водохранилища соотношения этих величин значительно выше. Полный объем составляет 39,5 %, а полезный – 32,8 % от среднегодового стока реки в створе гидроузла и 55,1 и 45,8 % от объема стока в год 95%-ной обеспеченности по водности.

Объем весеннего половодья р. Оби у г. Новосибирска в среднем на 10 км³ больше, чем р. Томи у пос. Крапивино. Полезный объем Новосибирского водохранилища составляет 13.4 %, а Крапивинского – 44,9 % объема весеннего половодья; полные объемы водохранилищ соответственно в 3,7 и 1,9 раза меньше объемов весеннего половодья. Эти обстоятельства являются весьма существенными при наполнении водохранилищ и трансформации весеннего паводка. Регулирование стока р. Оби Новосибирским водохранилищем заметной срезки пика половодья не производит. В маловодные годы доля весеннего стока снижается на 17,6 %, в многоводные – всего на 2,9 %. Для Крапивинского гидроузла будет характерно значительное регулирование стока: в маловодные годы доля весеннего стока снижается на 20 %, в многоводные – на 10 %.

Под влиянием Крапивинского водохранилища несколько изменятся сроки прохождения весеннего половодья, сократится его продолжительность, уменьшатся объем и максимальные расходы. Наиболее существенно эти изменения будут наблюдаться в начале весеннего паводка.

Основные показатели водного баланса Новосибирского и Крапивинского водохранилищ весьма различны. Если основная приточность в Новосибирское водохранилище составляет 94–96 %, а на долю боковой приходится всего 4 % общего притока, то для Крапивинского водохранилища это соотношение соответственно 77 и 23 %, т.е. доля боковой приточности в приходной части водного баланса Крапивинского водохранилища будет весьма существенна.

Поскольку Новосибирское водохранилище осуществляет регулирование стока в пределах отметок форсированного уровня и УМО, сработка ниже которого стала практиковаться лишь в последнее время, можно считать, что уровенный режим водохранилища достаточно стабилен, при этом полная сработка уровня обычно не более 5,3–5,5 м.

Уровенный режим Крапивинского водохранилища будет весьма различен в отдельные годы. Согласно проекту предусматривается сезонное регулирование стока, однако это будет скорее неполное годичное регулирование, подобно уровенному режиму при эксплуатации Красноярского водохранилища. Максимальная годовая сработка уровня воды может достичь 22,8 м, минимальная – 5,5 м, среднемноголетняя составит 12,6 м. Ежегодная предполоводная сработка Крапивинского водохранилища предусматривается лишь по условиям поддержания гарантированного расхода в р. Томи – 600 м³/с.

Если средняя продолжительность стояния уровня на отметке НПУ Новосибирского водохранилища составляет 30–35 % в год и 80–85 % длительности безледоставного периода, то на Крапивинском водохранилище этот показатель составляет 30 % в годовом разрезе и 57 % от длительности безледоставного периода. До отметки УМО водохранилище будет срабатываться в 5 годах из 79. Максимальная сработка к концу безледоставного периода до 4,6 м, средняя за многолетие – 1,5 м. Таким образом изменение уровней воды за безледоставный период на Крапивинском водохранилище более разнообразно, чем на Новосибирском. Это в значительном степени осложнит как внутриводоемные процессы, так и динамику береговых склонов и формирование прибрежных отмелей.

Гидрофизические и внутриводоемные процессы во многом зависят от водообмена водохранилища. Новосибирское водохранилище относится к водоемам большого водообмена, в среднем коэффициент водоема составляет 6,9. В маловодные годы происходит 5-кратная, в многоводные 9-кратная смена водных масс. Во внутригодовом разрезе коэффициент водообмена наибольший в апреле, мае и июне (до 2,48). За эти 3 мес происходит более чем 3-кратная смена водных масс, а в многоводные годы – даже 5-кратная. Зимние коэффициенты водообмена за ноябрь – март в среднем составляют 1,31.

По прогнозам Крапивинское водохранилище будет иметь достаточно высокий водообмен, среднемноголетний – до 3,76. В многоводные годы – 3,61, в средневодные – 2,82, в маловодные – 2,52. Однако это в 2–3 раза меньше, чем на Новосибирском.

Наибольший водообмен может наблюдаться в течение апреля – июня, в мае он может составлять 0,83, а в среднем за весну – 1,6, при этом в многоводные годы он может увеличиваться до 2,23, а в маловодные снижаться до 1,03. Это аналогично Новосибирскому водохранилищу, но водообмен весенних периодов и отдельных месяцев в годы различной водности на Крапивинском водохранилище будет почти в 2 раза ниже, чем на Новосибирском.

Зимой коэффициент водообмена на Крапивинском водохранилище примерно 1, с изменениями от 0,8 до 1,1. Летом и осенью эти показатели составляют от 0,24 до 0,34, что в 5–3 раза ниже летних, чем на Новосибирском.

Существенно влияет на внутриводные процессы и формирование качества вод на водохранилищах подготовка его ложа: наряду с древесиной затапливаются и торфяники, при этом наблюдается всплытие последних. В зоне затопления Крапивинского водохранилища оказалось бы 74 км² болот, заторфованность которых 11 %. Проведенные лесосводка и лесоочистка в связи с растянувшимися сроками строительства осложнились возобновлением лесов.

Новосибирским водохранилищем затоплено 120 км² болотных массивов, при этом по прогнозу ожидалось всплытие 72 км². Особенно интенсивное всплытие торфяников происходило в первые годы существования водохранилища, в основном в его нижней части. Только в течение первого года эксплуатации водохранилища наблюдалось несколько сот плавающих торфяных островов. В последующие годы их количество значительно уменьшилось, однако всплывание периодически отмечалось в течение первого десятилетия существования водохранилища.

Плавающие торфяники осложняли работу ГЭС, так как торф забивал сороудерживающие решетки водоводов турбин. Дрейфующие по акватории водохранилища торфяные острова течениями и волнениями прибивались к берегу и в период штормов превращались в торфяную крошку. В нижний бьеф сбрасывалась незначительная часть торфяников, большая же оставалась в водохранилище и трансформировалась в его пределах. Доля торфяной крошки в балансе наносов Новосибирского водохранилища в первое десятилетие составляла 4 %.

Площадь торфяников в зоне затопления Крапивинского водохранилища несколько меньше, чем в зоне Новосибирского. По аналогии можно предполагать, что наибольшего всплытия торфяных островов следует ожидать в первые годы существования водохранилища, при этом максимальное их всплытие (до 96–97 %) возможно в средней части водохранилища выше Бычьегорловского сужения. Площадь всплывающих торфяников может составить около 3,5 км 2 с объемом торфа 3,3 млн м 3 . Опираясь на опыт Новосибирского водохранилища, можно полагать, что отложения торфов в зоне затопления Крапивинского водохранилища не должны вызвать существенных осложнений в работе гидроузла и значительно влиять на качество воды.

Состояние ложа, недостаточная очистка сосредоточенных сбросов сточных вод и смыв токсикантов с водосборной площади в значительной степени влияют на условия процессов формирования качества воды и эвтрофирования водохранилищ. Многолетние исследования свидетельствуют, что Новосибирское водохранилище оказало позитивное влияние на качество воды, в том числе ниже плотины. Несмотря на некоторые различия в гидрохимическом режиме, процессы формирования качества воды в Крапивинском водохранилище во многом будут аналогичны таковым в Новосибирском. Свою позитивную роль сыграют и реки собственного водосбора Крапивинского водохранилища с более чистыми водами, чем в притоках Новосибирского водохранилища.

Гидрологические, геоморфологические и инженерно-геологические условия чаши водохранилищ определяют размеры зоны разрушения берегов и формирующиеся их типы. Процесс разрушения берегов Новосибирского водохранилища, как это уже указывалось, оказался более значительным, чем это предусматривалось ранее выполненными прогнозами. Процесс этот носит явно выраженный циклический характер, что очень сложно учесть при прогнозировании.

В числе прогнозируемых береговых процессов Крапивинского водохранилища, наряду с абразионными, наиболее характерными для Новосибирского, можно назвать оползневые, обвально-осыпные и суффозионные, а также развитие овражной деятельности.

Максимальная активность разрушения берегов наиболее вероятна во время заполнения Крапивинского водохранилища и в первые годы его эксплуатации. Однако в целом процесс берегоразрушения и его интенсивность на Крапивинском водохранилище будет длительней, чем на Новосибирском. Масштабы абразии здесь незначительно превысят фактически наблюдаемые величины в сходных геолого-географических условиях Новосибирского водохранилища.

Наибольшая интенсивность абразионных процессов берегов Крапивинского водохранилища в целом увеличит время выработки профиля относительного динамического равновесия береговой зоны и, следовательно, время относительной стабилизации устойчивости береговых склонов.

Рассматривая в качестве аналогов длительно существующие Новосибирское (равнинное) и Красноярское (предгорное) водохранилища, можно предположить, что протяженность абразионных берегов Крапивинского водохранилища будет возрастать по мере увеличения срока его эксплуатации.

По прогнозам В.С. Кусковского, исследовавшего закономерности изменения геологической среды в береговой зоне глубоководных водохранилищ Алтае-Саянской области, в первые годы существования Крапивинского водохранилища, разрушение берегов, сложенных рыхлыми и полускальными породами, а также пологих берегов будет незначительным и составит около 10 % общей протяженности береговой полосы

В дальнейшем протяженность обрушающихся берегов такого типа будет возрастать .При этом разрушения будут наблюдаться не только в пределах основной акватории, но и в крупных, а затем и в более мелких заливах. После 10–15 лет эксплуатации разрушениям различных типов и объемов подвергнутся берега почти на всем протяжении Крапивинского водохранилища, включая пологие склоны террас на акватории и заливах.

Из книги: Савкин В.М. Эколого-географические изменения в бассейнах рек западной Сибири. – М.: Наука, 2000. – С.96–104