Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Загрязнение и засорение водохранилищ ГЭС древесно-кустарниковой растительностью, органическими веществами и влияние их на качество воды : монография

Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А., Рябоконь Ю. И.,

2.3. Влияние плавающей и затопленной древесной массы на водохозяйственные объекты

В 60 - 80-е годы прошлого столетия были практически заполнены водой все крупнейшие водохранилища АЕР (Иркутское - 56-59 гг., Братское - 61-67 гг., Красноярское - 67-69 г., Усть-Илимское - 74-77 гг., Саяно-Шушенское - 80-87 гг.).

Крупное гидротехническое строительство преследовало, в основном, решение энергетических проблем. Проблемы лесотранспорта, рыбного хозяйства, экологические проблемы были второстепенными, и проектировщики ГЭС не учитывали последствий одностороннего использования водных ресурсов для целей энергетики (это была не вина проектировщиков - это была эпоха грандиозных строек, это была техническая политика того времени).

В эти же годы в научно-технической литературе и в средствах массовой информации активно обсуждалась проблема загрязнения, засорения рек и водохранилищ плавающей, разнесенной и затопленной древесиной и ее влияние на рыбное хозяйство, проблема потерь древесины при проведении лесосплавных работ.

Плавающая и затопленная древесная масса, как физическое тело, оказывает механическое воздействие на водохозяйственные объекты:

• древесная масса, забивая защитные решетки, снижает выработку электроэнергии;
• древесная масса представляет опасность для судоходства, особенно для судов на подводных крыльях;
• древесная масса нарушает естественные условия среды обитания рыб;
• скопившаяся в заливах древесная масса лишает привлекательности заливов как зон активного отдыха и туризма;
• скопившаяся древесная масса возле гидротехнических сооружений представляет для них непосредственную опасность;

Каждый из названных пунктов требует вмешательства человека, разработки специальных технологий контроля и предупреждения отрицательных воздействий плавающей и затопленной древесной массы на водохозяйственные объекты и как конечный результат - это очистка и переработка в продукцию плавающей и затопленной древесной массы.

Плавающая и затопленная древесная масса засоряет водные объекты и является причиной загрязнения водных объектов.

О загрязнении водных объектов древесной массой и ее влиянии на качество вод водохранилищ и рек особенно активно заговорили в 60 - 70-е годы - годы наибольшего развития промышленности, когда объемы лесозаготовок составляли 240 - 260 млн. м³. Удельный вес пуска в сплав составлял более 50 %, древесина потребителям доставлялась в основном молевым, кошельным и плотовым сплавом, а перевозки древесины в судах составляли 2,3 - 4,3 %.

Основным источником загрязнения рек и водохранилищ считался лесосплав. Анализ отечественной и зарубежной литературы о влиянии лесосплава на степень (уровень) загрязнения водных объектов не дал однозначного ответа, поскольку 60 - 70-е годы характеризуются как период активного развития химического и лесохимического комплекса, а водные объекты практически использовали для приема сточных вод.

Поскольку реки и водохранилища имели многоцелевое использование, в том числе для целей лесосплава и рыбного хозяйства, то о вредном воздействии (влиянии) лесосплава на рыбное хозяйство заговорили тогда, когда в реках резко сократились уловы рыбы. Специалисты рыбного хозяйства объяснили это вредным влиянием лесосплава.

О неоднозначной оценке влияния лесосплава на рыбное хозяйство отмечается в работах: «Одни исследователи считают, что лесосплав вреден (Альм, 1923; Строганов, 1937; Гусев, 1952; Арнольд, 1921; Коркин, 1932; Веселов, 1950), другие доказывают, что влияние сплава на водоемы и водные организмы не вредно, а в ряде случаев даже полезно (Правдина, 1933; Державин, 1939; Ярефельд, 1931; Беннинг, 1938; Фридман, 1937; Остроумов, 1947)» [6 - 12].

Для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб предъявляются повышенные требования к составу и свойствам воды. Эти требования с учетом возможных последствий лесосплава сводятся к следующим:

• растворимый кислород в пробе, отобранной в период суточного минимума, 6 мг/л;
• биохимическая потребность в кислороде (БПК) полная при 20ºС, 3мг/л;
• активная реакция рН 6,5 - 8,5;
• ядовитые вещества не должны содержаться в концентрациях, оказывающих прямое или косвенное неблагоприятное влияние на рыб или водные организмы, служащие кормом для рыб.

Вещества, экстрагируемые водой (ВЭВ) из древесины, состоят в основном из следующих типов соединений:

• многоатомные фенолы, так называемые дубильные вещества, или танниды;
• полисахариды - пектины, крахмал и некоторые гемицеллюлозы, так называемые камеди;
• низкомолекулярные углеводы.

Наиболее опасны, с токсической точки зрения, многоатомные фенолы. Лимитирующий показатель вредности таннидов для рыбы 10 мг/л.

Кислородный режим водоемов и БПК (биологическая потребность кислорода) - наиболее изменчивые показатели качества воды, зависящие от многих факторов. Из них наибольшее значение для лесосплава имеют количество ВЭВ, скорость вымывания их из древесины, скорость окисления их в воде и скорость реаэрации воды.

Окисление ВЭВ происходит по экспоненциальному закону с ограничением. Скорость окисления зависит от температуры воды, состава и легкости окисления ВЭВ, а также видового состава и обилия микроорганизмов в воде [38].

Скорость реаэрации зависит в основном от скорости потока и температуры.

В связи с экспоненциальным законом вымывания ВЭВ, основная масса их попадает в воду в первые две недели. Например, в сосне после 5 лет пребывания в воде остается 36 % от первоначального количества ВЭВ, а через 18 лет - 18 %. Еще медленнее ВЭВ вымывается из ядровой части. Малое количество ВЭВ в затонувшей древесине и очень медленное их вымывание определяет их незначительное влияние на кислородный режим водоема. Затонувшая древесина не гниет, очень медленно изменяясь в химическом отношении.

Исследования ученых ихтиологов и биологов показали, что степень влияния лесосплава на гидрохимический состав воды и водные организмы определяется предельно допустимой концентрацией древесины в воде. Согласно их опытам для представителей планктона нетоксичны те растворы, которые получены при соотношении древесины и воды 1:140 и 1:150 (2 - 3 мг/л) экстрагируемых веществ.

Для представителей бентоса это соотношение составляет (для сосны и ели) 1:64, т.е. они менее чувствительны к воздействию экстрагируемых веществ. Рыбы же показали неодинаковую чувствительность к экстрагируемым веществам. Наиболее чувствительны лососевые.

Лесосплав отрицательно влияет в основном на окисляемость.

На основании всех экспериментальных работ можно считать, что при соотношении древесины и воды 1:250 в водоемах не будет создаваться неблагоприятных условий для обитания и развития водных организмов [8]. Это объемное соотношение может быть принято для решения практических вопросов при организации и проведении лесосплава. При этом соотношении количество экстрагируемых веществ в воде колеблется около 1,6 - 2,0 мг/л. Смолистые вещества токсичны для рыб и представителей планктона при концентрации их в воде 2 мг/л и выше, дубильные вещества (танниды) для рыб, мальков, икры - выше 10 мг/л, а для дафний - 20 мг/л. Содержание в воде 15 - 20 мг/л природных дубильных веществ (не вымытых из древесины) для рыб нетоксично.

Древесина, транспортируемая в плотах по озерам и водохранилищам, находившаяся до этого продолжительное время в воде рек, значительно промыта, дальнейшее вымывание из нее экстрагируемых веществ незначительно и не оказывает отрицательного влияния на режим водохранилищ и озер во время транспортировки плотов.

Предельно допустимое соотношение воды и древесины 1:250 введено в официальный документ ГОСТ 17.1.3.01-74 «Охрана природы. Гидросфера. Правило охраны водных объектов при лесосплаве».

При проведении лесосплава на реках Европейской части России, на реках Сибири предельно допустимое соотношение (ПДС) было, как правило, больше 1:250: р. Кама - 1:920, р. Пинега - 1:3500, р. Мана - 1:631, р. Тасеева - 1:6022, р. Бирюса - 1:2937, р. Абакан - 1:3991, что свидетельствует о том, что гидрохимические показатели воды находились в пределах допустимых норм.

Приведенные ПДС для рек были определены в период максимальных объемов лесосплавных работ и в том числе при проведении молевого сплава. В настоящее время молевой сплав прекращен на всех реках России, объемы водного транспорта леса резко сократились. На реках АЕР основным видом транспорта леса остался плотовой и перевозка леса в судах. В качестве примера отметим, что в 2001 - 2009 гг. по р. Ангаре в плотах доставлялось потребителям около 2,0 млн. м³ леса в навигацию.

В связи с этим техногенная нагрузка на реки от водного транспорта леса резко уменьшилась. Однако нельзя не учитывать скопление затопленной древесины, оставшейся в реках после прекращения на них молевого сплава. Так на реках Красноярского края в руслах рек затоплено 302,4 тыс. м³ древесины (таблица 2.3), а в реках Иркутской области 148,91 тыс. м³ (таблица 2.4) [3, 31].

Влияние скопления объемов древесной массы на загрязнение водных объектов, на изменение гидрохимического состава воды достаточно ощутимо проявляется в местах ее концентрации. Концентрация древесины в заливах наблюдается на всех водохранилищах ГЭС АЕР. Сосредоточение древесной массы в заливах происходит или под воздействием ветроволновых явлений или искусственным путем, т.е. при непосредственном участии человека.

Таблица 2.3 - Объемы затонувшей древесной массы на реках Красноярского края, выведенных из молевого сплава, тыс. м³

Река	Всего затонувшей древесины	В т.ч. древесины, замытой наносами	Породный состав		Качественный состав		Метод исследований объема и качества древесины	Годы
			лиственница	хвойные породы	деловая	дрова
Мана	174,0	5,5	156,6	17,40	130,0	44,0	Полный учет на всем протяжении реки	1990 - 1994
Колба	18,00	6,0	17,3	0,70	12,00	6,0		1990
Бирюса	15,04	0,6	14,1	0,94	14,34	0,7		1990 - 1993
Чуна	1,32	-	1,32	-	1,2	0,12		1990 - 1993
Кан	29,00	19,0	28,0	1,00	24,0	5.0		1993 - 1994
Оя	1,51	0,3	-	1,51	0,7	0,81		1990
Усолка	0,47	-	0,47	-	0,4	0,07	На основе учета на пробных участках	1990
Тасеева	12,66	4,3	11,6	1,06	11,07	1,59		1990
Кунгус	3,52	0,3	1,5	2,02	1,4	2,12		1990 - 1992
Агул	1,22	-	0,4	0,82	0,4	0,82		1990
Кебеж	0,30	-	-	0,30	0,1	0,20	Расчетным путем на основе реки-аналога	1990
Абакан	2,40	0,4	-	2,40	1,2	1,20		1990
Ангара	43,00	-	43,0	-	29,0	14,00	Экспертная оценка	1992 - 1994
Итого	302,44	36,4	274,29	29,15	225,81	76,63

Таблица 2.4 - Количество и качество затонувшей древесины в реках Иркутской области, тыс. м³

Река	Всего затонувшей древесины	В т.ч. древесины, замытой наносами	Породный состав		Качественный состав		Метод исследований объема и качества древесины	Годы
			лиственница	хвойные породы	деловая	дрова
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Чуна-Уда	68,75	11,0	30,0	38,75	38,75	30,0	Полный учет на всем протяжении реки	1990
В. Бирюса	11,09	1,0	9,4	1,59	9,9	1,19		1990
Китой	5,5	3,5	5,05	0,4,5	3,8	1,7	На основе учета на пробных участках	1990 - 1993

Окончание таблицы 2.4

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Н. Бирюса	4,5	0,5	4,0	0,5	4,0	0,5	Расчетным путем на основе реки-аналога	1990
М. Иреть	4,0	3,0	3,5	0,5	3,5	0,5	Экспертная оценка	1990
М. Белая	20,0	14,0	19,0	1,0	14,0	6,0		1990
Б. Белая	20,0	14,0	19,0	1,0	14,0	6,0		1990
Белая	15,0	10,0	12,0	3,0	8,0	7,0		1990
Тагул	0,07	-	0,07	-	0,07	-	Расчетным путем на основе реки-аналога	1990
Туманшет	0,21	-	0,21	-	0,21	-		1990
Итого	149,12	57,0	102,23	46,89	96,23	52,89

На водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС плавающая древесная масса собрана с основной акватории и сосредоточена в устьевых участках притоков, с удержанием его с помощью запани. В результате установки запаней на акватории водохранилища и в его заливах образовались скопления древесной массы. Такое размещение древесной массы улучшило условия эксплуатации ГЭС, но явилось причиной изменения качества воды в заливах. По данным исследования ученых Красноярского государственного университета, качество воды в заливах ухудшилось: увеличилось содержание аммонийного азота, нитритов, фосфатов, органического вещества, фенолов. По степени загрязненности вода в заливах оценивается как «сильно загрязненная», по состоянию биоты - как «слабо умеренно загрязненная».

В то же время в открытой части водохранилища вода по состоянию биоты оценивается как «достаточно чистая». Скопление древесной массы провоцирует создание застойных зон в заливах, благоприятных для развития сине-зеленых водорослей.

Проведенные исследования ЛТА в 1985 г. показали, что максимальные объемы загрязняющих веществ от плавающей и затопленной древесины поступают в первые годы нахождения его в воде (2 - 4 года). Затем интенсивность поступления загрязняющих веществ замедляется и по прошествии 15 - 20 лет их объемы снижаются в 4 - 5 раз.

Как показывают исследования, в общем балансе поступлений загрязняющих веществ в водохранилище, загрязнение от плавающей древесины не превышает 3 - 5 %.

Аналогичные скопления древесной массы в заливах наблюдаются на водохранилищах Братской, Усть-Илимской, Красноярской ГЭС.

Вышеизложенные материалы дают основание сделать выводы:

• плавающая и затопленная масса на водохранилищах является источником засорения и загрязнения водных объектов;
• затопление лесных массивов является причиной загрязнения водохранилищ органическими веществами;
• предельно допустимое соотношение воды и древесины 1:250, регламентированное ГОСТ 17.1.3.01-74 «Охрана природы. Гидросфера. Правила охраны водных объектов при лесосплаве», практически выдерживается при проведении работ, связанных с водным транспортом леса на водохранилищах;
• влияние древесной массы на гидрохимический состав воды в водохранилище проявляется в местах ее скоплений;
• плавающая древесная масса представляет собой опасность для гидротехнических сооружений и для плавания судов, снижает рекреационное значение заливов водохранилищ;
• плавающая и затопленная древесная масса - это неиспользованные лесные ресурсы, освоение которых не только сохранит лесные массивы от вырубок, но и улучшит общую экологическую ситуацию на водохранилищах.