содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОДОХРАНИЛИЩ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ

Водохранилища оказывают влияние практически на все компоненты литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы, образующие природную среду прилегающих территорий, т. е. на геодинамические условия и рельеф, режим подземных вод, климат, почвы, растительность, животный мир и ландшафт в целом (рис. 37, 38, 39, 40, 41).

Влияние водохранилищ, даже самых крупных, на климат распространяется на сравнительно небольшую территорию. Так, площадь зоны климатического влияния Камского водохранилища примерно равна площади его зеркала (Матарзин и др., 1981). Микроклимат отдельных районов определяется увеличением суммарной радиации и радиационного баланса, большей теплоемкостью водохранилищ по сравнению с сушей.

Влияние водохранилищ на климат в различных природных поясах и зонах неодинаково. В зоне недостаточного увлажнения это влияние менее значительно, чем в зоне избыточного увлажнения, где оно ощущается сильнее и распространяется на большие территории с менее резкими переходами. В СССР в направлении с юга на север ширина полосы активного влияния водохранилищ на климат увеличивается, а абсолютные и относительные показатели изменений уменьшаются (Вендров, 1979). Масштабы изменений климата зависят также от рельефа (чем выше берега, тем быстрее затухают эти изменения), от параметров водохранилища, особенно объема водной массы.

Весной водохранилища оказывают охлаждающее влияние на прибрежные

территории, а во второй половине теплого периода (вплоть до ледостава) — отепляющее. Под воздействием водохранилищ, как правило, уменьшается кон-тинентальность климата: ход температур становится более плавным, суточная амплитуда температур воздуха уменьшается, влажность увеличивается, весенние
заморозки прекращаются, осенние наступают позже и т. д. За счет большего (чем с суши) испарения с увеличившейся водной поверхности возрастает относительная и абсолютная влажность воздуха, что особенно заметно сказывается в засушливых зонах.
 

41. Ход температур воздуха и воды за май — октябрь у Добрянки (Камское водохранилище ) 1 — температура воздуха; 2 — температура воды

Создание обширных водных поверхностей приводит к значительному увеличению скорости и повторяемости ветра. В районах всех крупных водохранилищ отмечаются ветры типа бризов; так, на Братском водохранилище бризы в сторону суши проникают на расстояние 2—3 км, захватывая по высоте зоны в 100—250 м. На водохранилище Насер в АРЕ бризы ощущаются лишь в 1 — 2 км от уреза воды.

В теплый период на акватории водохранилищ осадков выпадает меньше, чем на суше; несколько увеличивается (до 7—10%) количество осадков в береговой зоне (Боровкова и др., 1962).

Сильное влияние на микроклимат оказывают водохранилища, используемые для охлаждения производственных вод, однако ввиду их малых размеров влияние это ограничено по территории и высоте слоя.

Значительно и многообразно влияние водохранилищ на уровень и режим подземных вод. Река до создания водохранилища — это как бы водоприемник грунтовых потоков. С заполнением водохранилища грунтовые, трещинно-грунто-вые, частично трещинно-пластовые и трещинно-карстовые воды подпираются, и уровень их поднимается до таких отметок, при которых они вновь стекают в водохранилище. До этого момента они непрерывно накапливаются и пополняются за счет просачивания из водохранилища. При этом уклон потока грунтовых вод и скорость их движения, как правило, уменьшаются, что также способствует повышению их уровня. В результате дренирующая роль водотока в целом уменьшается; так, приток грунтовых вод с территории, прилегающей к Новосибирскому водохранилищу, снизился в 3—4 раза по сравнению с прежними условиями (Вострякова, 1971). В некоторых случаях направление грунтового потока изменяется в сторону другого
водотока, уровень воды в котором находится ниже, чем в водохранилище.

Уровень грунтовых вод и скорость формирования подпора на разных водохранилищах и разных участках одного и того же водохранилища не одинаковы. Они зависят от величины подпора воды в реке, механического состава и фильтрационных свойств грунтов, расстояния от водохранилища и от режима его уровней. Уровень грунтовых вод повышается сравнительно медленно и достигает наибольшей высоты в приплотинной части и наименьшей — в верховой части водохранилища. Быстрее всего уровень грунтовых вод повышается в сильно трещиноватых скальных и закарстованных породах, галечниках, гравии и крупнозернистых песках и медленнее всего — в суглинках и глинах.

Подпор грунтовых вод распространяется в зависимости от местных гидрогеологических условий и происходит в зоне шириной от нескольких десятков метров до многих километров от берега водохранилища. На небольших равнинных водохранилищах, каких много в СССР и зарубежной Европе, подпор уровня грунтовых вод незначителен.

Уровень грунтовых вод вблизи водохранилищ испытывает колебания в течение года, снижаясь при сработке водохранилища и повышаясь при его заполнении; чем ближе к урезу, тем больше амплитуда этих колебаний (Печеркин, 1966, 1969).

На некоторых водохранилищах наблюдается значительная фильтрация воды через дно, и тогда не удается наполнить их до проектной отметки, как это произошло на Храмском водохранилище в СССР, некоторых водохранилищах в карстовых районах Югославии и на водохранилище Глаттальп в Швейцарии.

Подъем грунтовых вод к поверхности земли вызывает подтопление фундаментов зданий, подземных коммуникаций, сельскохозяйственных и лесных площадей, а при выходе на поверхность — их заболачивание, а иногда и засоление. Но наряду с отрицательными последствиями подъема уровня грунтовых вод в ряде районов, где уровень вод в естественном состоянии находится на большой глубине, происходит увеличение запасов используемых грунтовых вод, улучшение условий произрастания древесных, кустарниковых и травянистых растений при умеренном и слабом подтоплении и т. д.

Создание крупных водохранилищ в определенной степени повлияло на современные тектонические процессы, в частности на возникновение небольших землетрясений, что в отдельных случаях может приводить к деформации ложа водохранилищ, усилению переформирования берегов и их подтоплению.

В период наполнения и эксплуатации водохранилищ могут возникнуть землетрясения, которые проявляются в локальной сейсмичности ряда районов. По мнению специально созданной комиссии ЮНЕСКО, от наведенных землетрясений (т. е. обусловленных деятельностью человека) не гарантировано ни одно из гидротехнических сооружений. Зарегистрированы десятки землетрясений, вызванных созданием водохранилищ, в том числе Нурекского, Мид, Кариба, Мангла, Койна, Куробэ, Кремаста, Марафон, Билеча, Гранвил, Монтаньяр, Каньялес. На ряде водохранилищ установлена зависимость между частотой землетрясений и объемом воды. Количество толчков, вызываемых заполнением водохранилищ, может быть очень велико и определяться сотнями и тысячами (рис. 42).
С созданием водохранилища начинается формирование рельефа его берегов.

О масштабах этих процессов можно судить по тому, что только у нескольких крупных водохранилищ СССР протяженность абразионных берегов превышает 15 тыс. км, а ежегодный объем грунта, перерабатываемого при их переформировании, составляет 230—

270 млн. куб. м (Вендров, 1979).

Берега водохранилища формируются с момента его заполнения под непосредственным, преимущественно гидродинамическим, воздействием водоема и трансформированных геоморфологических процессов (Широков, 1974, 1985; Водохранилища мира, 1979).

Берегами водохранилищ становятся поверхности или уступы пойменных и надпойменных террас, коренные склоны долин, а иногда искусственные сооружения (дамбы и т. п.) При создании водохранилищ нарушается динамическое равновесие и начинается переформирование берегов — размыв, обрушение, оползание или же аккумуляция отложений (рис. 43).

45. Разрез по западной части обусловленного землетрясением оползня в водохранилище Вайонт, вызвавшего сильную волну, нарушение плотины и катастрофическое наводнение в нижнем бьефе (Италия):1 — первоначальная поверхность склона;
2 — поверхность склона после оползня; 3 — поверхность скольжения

Ведущий гидродинамический фактор — ветровое волнение, в этом случае размеры переработки берегов определяются суммой энергии волнения различной интенсивности. В связи с этим небольшое, но постоянное волнение не менее существенно, чем более редкое, но сильное штормовое волнение. Водохранилища, расположенные на севере Евразии и Северной Америки, свободны ото льда 100—150 дней в году, в средних широтах — 200—300 дней, а южнее 40° с. ш. обычно не замерзают. Неодинакова длительность безледоставного периода и на водохранилищах, находящихся в разных высотных поясах, что также
отражается на масштабах переформирования берегов. На небольших по площади горных водохранилищах скорость ветра и величина волнения намного меньше, чем на равнинных. В горах главную роль играют другие виды переформирования берегов — осыпи, оползни и т. п. (рис. 44, 45, 46).

Высота и морфология берегов также влияют на интенсивность их переформирования: выпуклые склоны размываются быстрее, чем вогнутые, и скорость размыва возрастает с увеличением их крутизны. Пологие берега с уклонами не более 2—4° обычно не размываются. С увеличением высоты берега скорость его размыва уменьшается из-за более быстрого образования отмели.

Очень важный фактор — перемещение наносов вдоль берега. Скорость и размеры переработки берега резко возрастают на тех участках, где продукты размыва уносятся вдольбереговым течением. Волнение и течения при постепенном снижении уровня воды поочередно размывают низкие участки берега, которые при более высоком уровне были береговой отмелью; в силу этого формирование отмели задерживается. Таким образом, чем больше амплитуда колебания уровня в период интенсивной волновой деятельности, тем сильнее идет размыв берега.

Масштабы и интенсивность формирования берегов определяются также характером слагающих их пород. Например, водохранилища, расположенные в районах распространения лёссовых и лёссовидных пород (лёссовое плато Китая, степная и пустынная зоны СССР и др.), отличаются наибольшей интенсивностью абразии берегов. На горных водохранилищах наблюдается наименьший
размыв берегов, что связано с прочностью слагающих их скальных пород.

На процессы формирования берегов влияют также степень зарастания (деревьями, кустарником, травой), агрессивность воды (ее химический состав, температура) в отношении растворимых и мерзлых пород, наличие увлажненных грунтовыми водами плоскостей скольжения грунтов, способствующих образованию оползней, и ряд других факторов.

В целом по мере увеличения «возраста» водохранилищ переформирование их берегов уменьшается, образуется устойчивый профиль берега. Однако изменения водохозяйственных функций и режима водохранилища, тектонические движения, циклические изменения гидрометеорологических условий и т. п. могут оживить процесс переформирования берегов.

В результате размыва полуостровов, островов (рис. 47), занесения и отчленения заливов и бухт с малым речным притоком и склоновым стоком (рис. 48) извилистость береговой линии водохранилищ со временем уменьшается, она становится более короткой и плавной.

Создание водохранилищ нередко ведет к существенному изменению почвенного и растительного покрова прилегающей береговой зоны.
 

47. Схема разрушения острова на Камском водохранилище
1 — площади острова, размытые в 1959 г.;
2 — то же в 1960 г.;
3 — то же в 1961 г.

Принято выделять следующие основные зоны влияния водохранилища на почвенно-растительный покров: постоянного, периодического (временного) и эпизодического затопления; заболачивания; сильного, умеренного и слабого подтопления; активного и эпизодического климатического влияния (рис. 49).

Размеры территории, на которой происходят изменения почвенного и растительного покрова, могут быть, особенно у равнинных водохранилищ, достаточно велики и соизмеримы с площадью зеркала водохранилищ. Ширина отдельных зон влияния колеблется от нескольких метров до нескольких километров.

В зоне периодического затопления формируются болотные и торфяно-глее-вые почвы с высокой степенью заторфо-ванности и большим содержанием закис-ных форм железа.

В зоне подтопления грунтовые воды подходят близко к поверхности, здесь
степень увлажнения почв определяется не только глубиной залегания грунтовых вод, но и величиной их капиллярного подъема, которая в зависимости от механического состава грунтов может колебаться от 0,5—1,0 до 6,0 м.

В зоне умеренного подтопления (уровень грунтовых вод на глубине от 1 до
2 м) доминирует процесс так называемого олуговения подзолистых почв, когда в них повышается содержание гумуса, азота, фосфора, кальция и соединений железа, в верхнем горизонте почв появляются охристые пятна и прожилки, и под действием грунтовых вод, имеющих нейтральную реакцию, уменьшается кислотность в нижнем слое. В черноземовидных почвах может происходить рассоление. В зоне слабого подтопления (уровень грунтовых вод на глубине 2—4 м) увеличивается подвижность гумусовых веществ и железа, происходит оглеение почвы (образуются фосфаты закисного железа), на ее поверхности появляются разрозненные пятна и прослойки зеленоватого цвета.

Наблюдения показывают, что влияние на почвы водохранилищ многолетнего регулирования с большой амплитудой колебаний уровня менее постоянно, так как в годы с низкими уровнями признаки заболачивания и оглеения на многих участках исчезают или ослабевают; так же влияет большая сработка в безледо-ставный период водохранилищ сезонного регулирования.
 

49. Почвенный профиль на берегу Иваньковского водохранилища 1 — зона периодического затопления; 2 — зона заболачивания (торфянисто-глеевые и торфянисто-подзолисто-глеевые почвы); 3 — зона олуговения (дерново-луговые почвы); 4 — зона оглеения почв в глубоких горизонтах (дерново-сильноподзолистые среднеоглеенные почвы); 5 — неизмененные дерново-сильно-подзолистые почвы; 6 — зеркало грунтовых вод

Постоянное затопление территории
приводит к полной гибели существовавшей ранее наземной растительности, за исключением отдельных видов в зонах мелководного затопления.

В зоне мелководного постоянного затопления и на части территории зоны временного затопления формируется полоса гидрофильных и гигрофильных ассоциаций. На их развитие большое влияние оказывает уровенный режим водохранилища, защищенность от волнения, характер и состав прежней растительности, а также рельеф и грунты дна, химизм воды, наличие в водохранилище растительноядных рыб и т. п. На водохранилищах с большой высотой волн заросли водной растительности на открытых участках побережья практически отсутствуют. Не развивается растительность также при большой сработке, особенно в вегетационный период и при чередовании лет с высокими и низкими уровнями наполнения. В субтропиках, тропиках, и особенно в приэкваториальных районах земного шара, буйно разрастаются водные сорняки: водный гиацинт, водный папоротник, нильский салат и др.

В зонах подтопления древесно-кустарниковая и травянистая растительность по-разному реагируют на изменение увлажненности. Деревья и кустарники, как правило, более чутко, чем травы, реагируют на подъем грунтовых вод и большей частью гибнут при сильном подтоплении.

В зонах умеренного и слабого подтоп-
ления водное и минеральное питание, как правило, улучшается и прирост древесины увеличивается иногда на 50— 70% (Дьяконов, 1975).

Травянистая растительность изменяется в значительно более узкой полосе, чем древесно-кустарниковая. При сильном подтоплении из травостоя выпадают многие ценные виды трав, например бобовые и многие злаковые, однако другие злаки и в этих условиях развиваются хорошо (полевица белая, мятлик, тимофеевка, лядвенец и др.). Доминируют гигрофиты, в том числе осоки, щучка и ДР.

При умеренном и слабом подтоплении улучшается не только водный, но и питательный режим, в результате чего увеличивается общая масса таких трав, как костер безостый, овсяница красная, люцерна, полевица белая, мятлик, клевер, тимофеевка, лядвенец рогатый и др. Однако, существенных изменений в условиях произрастания и в видовом составе растительности не наблюдается; более заметны фенологические сдвиги.

Создание водохранилищ служит причиной существенных изменений не только флоры, но и фауны прилегающих территорий: затопляются территории с разными условиями существования и обеспеченностью кормом. Эти изменения неодинаковы в разных географических зонах. Создание водохранилищ особо ощутимо для животного мира потому, что приводит к затоплению территорий (пойм и долин) с особенно многообраз-

ными условиями и богатыми кормовыми ресурсами.

Во время первоначального заполнения водохранилищ заметно снижается численность многих животных из-за массовой гибели молодняка, а зачастую и взрослых особей. В нелесных, особенно пустынных, районах вытесненные из пойменных лесов животные концентрируются в сохранившихся островках лесов и кустарников; из-за недостатка корма и мест для обитания их численность постепенно уменьшается. Водохранилища нарушают и пути миграций животных.

Вместе с тем создание водохранилищ оказывает и благоприятное влияние на животный мир: в засушливых и сухих регионах практически с полным отсутствием постоянных пресноводных водоемов появление водохранилищ делает
пригодными для обитания обширные прилегающие территории (наличие водопоев, появление дополнительных растительных кормов по берегам и т. п.). Многие водохранилища стали местами отдыха перелетных птиц, другие — еще и местами постоянного обитания ценных птиц и водных животных.

Появление водной поверхности на месте лесов и лугов, пашен и болот, песчаных и каменистых пустошей кардинальным образом изменяет ландшафт речных долин (рис. 50, 51).

Особенно велики изменения ландшафта при создании каскадов, или систем, водохранилищ на главной реке и ее притоках. Непрерывные каскады водохранилищ имеются на реках Волга, Кама, Днепр, Нижний Выг, Ангара, Нарын, Верхний Рейн, Тахо, Теннесси (рис. 52), Маникуаган, Утард, Ла-Гранд, Ко-
лумбия, Парана, Сан-Франсиску и др. Примерами каскадов с отдельными свободными участками реки могут служить каскады на реках Сырдарья, Дунай, Влтава, Дуэро, Евфрат, Оранжевая, Снейк, Миссури, Колорадо, Грихальва и др. Протяженность каскадов водохранилищ на Волге, Колумбии, Ангаре, Колорадо, Теннесси составляет 1,5—

3 тыс. км., на других, меньших реках — более 500 км. Изменяется и гидрографический облик озер (рис. 53).

53. Система водохранилищ, питающих ГЭС Бей-д'Эспуар (Канада)

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..