Основанием для выполнения научно-исследовательской работы "Исследование современного состояния и научное обоснование методов и средств обеспечения устойчивого функционирования водохозяйственного комплекса Нижней Волги и снижения рисков вредного воздействия вод" является Протокол №5/3 “ОЦЕНКИ И СОПОСТАВЛЕНИЯ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В КОНКУРСЕ” № 209к-366 от 19 июня 2006 года и Приказ Федерального агентства водных ресурсов от 19 декабря 2006 г. №287.
30 июня 2006 года между ФГУ “Фонд информации по ресурсам” и ФГУП ГСПИ РТВ был заключен Государственный контракт №НИР-02-06 на выполнение научно-исследовательских работ для федеральных государственных нужд по разделу 04 “Национальная экономика”, подразде-лу 10 “Прикладные научные исследования в области национальной экономики”, целевой статье 81 “Прикладные научные исследования”, виду расходов 196 “Выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по государственным контрактам”, утвержденных приказом Федерального агентства водных ресурсов от 22 февраля 2006 г. №42.
Научным основанием для проведения НИР является необходимость:
- получения на базе единого информационного пространства полной информации про-шлых лет о водохозяйственном комплексе (ВХК) бассейна Нижней Волги (географической, геологической, технической и др.), полученной на разных уровнях зондирования: космос-воздух-земля-скважина, обработка и научный анализ которой позволяет выявить основные закономерности изменения состояния водохозяйственного комплекса (ВХК) Нижней Волги до и после сооружения Волжской ГЭС;
- получения информации о современном состоянии ВХК на основе проведения детальных натурных исследований с целью актуализации материалов прошлых лет и построения модели со-временного состояния ВХК Нижней Волги;
- построения на базе современных геоинформационных технологий компьютерной мо-дели водохозяйственного комплекса Нижней Волги с целью разработки научных основ эффективной системы управления ВХК;
- создания научной базы для разработки методической и другой документации, регулиру-ющей взаимоотношение людей и природы, экономические отношения и т.д.;
Состав соисполнителей:
1. Институт водных проблем Российской Академии наук (ИВП РАН)
2. Северо-Кавказский гидрометеорологический центр (филиал ГУ “Ростовский ЦГМС-Р”) совместно с ГУ Астраханским ЦГМС и Волгоградским ЦГМС;
3. Государственное учреждение “Гидрохимический институт” (ГУ ”ГХИ”);
4. Открытое Акционерное общество “Волгоградводсервис” совместно с кафедрой ме-лиорации земель и эксплуатации водохозяйственных объектов Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии;
5. Открытое Акционерное общество “ Научно-исследовательский институт энергетических сооружений” (Волгоградский филиал ОАО “НИИЭС”);
6. Волгоградское отделение ФГНУ “Государственный научно-исследовательский ин-ститут озерного и речного рыбного хозяйства” (ФГНУ ГосНИОРХ) совместно с “Природным пар-ком “Волго-Ахтубинская пойма””;
7. ФГУП “Каспийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства” (ФГНУ “КаспНИИРХ”);
Основные задачи по решению водных проблем поверхностных вод по рекомендации НТС Агентства водных ресурсов Министерства природных ресурсов возложены на НИИ Российской Академии наук – Институт водных проблем РАН.
Объект исследования – водохозяйственный комплекс Нижней Волги.
Цель НИР – выявление основных закономерностей изменения состояния водохозяйствен-ного комплекса (ВХК) Нижней Волги до и после сооружения Волгоградской ГЭС; создание ком-пьютерной модели ВХК на базе ГИС-технологий; создание автоматизированных баз данных; кон-цепция безопасного пропуска паводка; изучение и прогноз русловых деформаций; рекомендации по обеспечению безопасности функционирования ВХК.
Методологией научного исследования является комплексный научный и системный под-ходы.
Ожидаемые результаты исследований:
1. Комплексная оценка изменений гидравлических, гидрологических, геоморфологических и других характеристик низовьев р. Волги, системы проток устьевой части и ее дельты с целью прогнозирования развития русловых процессов, изменений пропускной способности при прохождении паводковых расходов;
2. Построение постоянно действующей компьютерной модели нижнего течения и дельты р. Волга на основе ГИС-технологий с выделением территорий, подверженных затоплению и подтоплению вследствие длительных попусков в НБ Волгоградского гидроузла и нагонных явлений Каспия;
3. Создание автоматизированных баз данных гидрологических характеристик водотоков нижнего течения и дельты Волги, водохозяйственных сооружений, гидрологических постов;
4. Построение концепции безопасного пропуска паводка в низовьях Волги;
5. Долгосрочный прогноз русловых деформаций низовьев р. Волга с построением гидрав-лической модели;
6. Разработка научно-методических рекомендаций по обеспечению безопасности водохо-зяйственных сооружений, планированию комплекса мероприятий по проведению русловыпрями-тельных, дноуглубительных, иных работ, а также установлению режима хозяйственного использования паводкоопасных территорий;
Технология решения поставленных задач, включает следующую последовательность операций:
1. Сбор, анализ и обработку материалов наземных исследований прошлых лет;
2. Дешифрирование, анализ и обработку аэрокосмических материалов совместно с ма-териалами наземных исследований;
3. Выявление проблемных участков на исследуемой территории (отсутствие информа-ции, быстрое изменение состояния, наличие опасных и катастрофических явлений и т.д.);
4. Проведение полевых исследований, прежде всего, на проблемных участках;
5. Комплексную обработку всей информации на основе современных компьютерных технологий;
6. Разработку моделей ВХК Нижней Волги;
7. Составление отчетов и выдача рекомендаций, программ и др. документов;
В соответствии с технологией решения поставленных задач нами разработан поэтапный процесс решения поставленных задачи и получены следующие результаты:
На первом этапе (2006 г.):
1. Рассмотрены основные этапы изучения природных комплексов и особенности строения ВХК Нижней Волги, состояние его отдельных элементов и подсистем;
2. Проведена первичная обработка имеющихся материалов;
3. Разработана идеология компьютерной модели;
4. Создан банк данных прошлых лет;
5. Построена цифровая модель местности;
6. Проведены рекогносцировочные и опытно-методические исследования в районах Волгоградского водохранилища, Волго-Ахтубинской поймы и дельты Волги;
7. Проведено исследование принципов, показателей и критериев эффективности функцио-нирования и управления ВХК Нижней Волги;
На втором этапе (2007 г.):
1. Проведено научное обоснование целевых показателей состояния водохозяйственного комплекса и методов их достижения;
2. Изучены принципы и методы обеспечения безопасности ГТС на основе методологии управления рисками возникновения негативных и чрезвычайных ситуаций;
3. Сделана оценка технического состояния и надежности систем инженерной защиты от подтоплений и затоплений;
4. Приводятся результаты полевых работ за 2007 г., включая результаты натурных исследо-ваний современного состояния береговых деформаций нижних бьефов Нижневолжского каскада водохранилищ, а также результаты экологического опробования воды и донных осадков в нижнем течении р. Волги в зонах влияния крупных населенных пунктов и промышленных уз-лов за 2007 г.;
5. Проведена оценка изменений характеристик водного режима в нижнем течении р. Волги под влиянием хозяйственной деятельности и природных факторов на конец 2007 г.;
6. Проведена оценка чрезвычайных ситуаций в бассейне и методов прогнозирования чрез-вычайных ситуаций в бассейне нижнего течения р. Волги;
7. Разработана методика оценки зон затопления и материального ущерба при паводках и половодьях, основанная на использовании геоинформационных систем;
8. Проведена оценка влияния российских ГЭС (их управляемых возможностей) на гидрологический режим и водную экосистему нижнего течения р. Волги;
9. Сделана оценка концентрации вредных химических веществ в воде и донных осадках в нижнем течении р. Волги;
10. Разработан макет компьютерной модели водохозяйственного комплекса бассейна Ниж-ней Волги на основе ГИС, позволяющий решать задачи интегральной оценки состояния и долго-срочного прогноза формирования количественных и качественных характеристик водных ресурсов объекта, долгосрочного прогноза дождевых паводков и половодий, компьютерного моделирования русловых деформаций и переработки берегов в нижнем течении р. Волга, оценки концентрации вредных химических веществ в воде и донных осадках р. Волга при различных уровнях воды в реке и величине поступления этих веществ;
11. Разработан макет постоянно действующей системы поддержки принятия управленче-ских решений в различных водохозяйственных условиях в нижнем течении р. Волги;
На третьем этапе (2008 г.):
1. Проведена комплексная оценка изменений гидравлических, гидрологических, геоморфологических и других характеристик низовьев р. Волги, системы проток устьевой части и ее дельты с целью прогнозирования развития русловых процессов, изменений пропускной спо-собности при прохождении паводковых расходов;
2. Построена постоянно действующая компьютерная модель нижнего течения и дельты р. Волга на основе ГИС-технологий с выделением территорий, подверженных затоплению и подтоплению вследствие длительных попусков в НБ Волгоградского гидроузла и нагонных явлений Каспия;
3. Созданы автоматизированные базы данных гидрологических характеристик водотоков нижнего течения и дельты Волги, водохозяйственных сооружений, гидрологических постов;
4. Построена концепция безопасного пропуска паводка в низовьях Волги;
5. Проведен долгосрочный прогноз русловых деформаций низовьев р. Волга с построе-нием гидравлической модели;
6. Разработаны научно-методические рекомендации по обеспечению безопасности водохо-зяйственных сооружений, планированию комплекса мероприятий по проведению русловыпрями-тельных, дноуглубительных, иных работ, а также установлению режима хозяйственного использования паводкоопасных территорий;
I. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1). Комплексная оценка изменений гидравлических, гидрологических, геоморфологических и других характеристик низовьев р. Волги, системы проток устьевой части и ее дельты с целью прогнозирования развития русловых процессов, изменений пропускной способности при прохождении паводковых расходов
1. В области функционирования ВХК Нижней Волги
1.1 Оптимальное развитие природно-хозяйственного комплекса Нижней Волги требует совершенствования эксплуатации всей водохозяйственной системы Волги, в первую очередь экологически благоприятного режима попусков и создания управляемого сельского и рыбного хозяйства на основе эффективного использования вододелителя, проведения сельскохозяйственной и рыбохозяйственной мелиорации. Это предполагает, прежде всего, изменение правил эксплуатации каскада водохранилищ для создания гарантированного оптимального рыбохозяйственного попуска. Неизбежные при этом потери электроэнергии необходимо компенсировать.
1.2 Для эффективного использования вододелителя должна быть обеспечена возможность оперативного его включения в зависимости от складывающейся гидрологической, метеорологи-ческой, ихтиологической обстановки, что позволит своевременно и гибко решить проблему миграции осетровых, устранить допущенные дефекты при проектировании и строитель¬стве насосных станций западной дельты. Необходимо выполнить требование многочисленных рекомен-даций о превращении восточной дельты в заповедную зону для нереста рыбы, с прекращением здесь рисосеяния с применением токсических гербицидов.
1.3 Мелиорация сельскохозяйственных земель в низовьях Волги проводится без должного учета водохозяйственной обстановки в бассейне, необходимости экономного использования ограниченных водных ресурсов. Интенсификация сельскохозяйственного производства в буду-щем должна идти не столько по пути увеличения орошаемых площадей, сколько упорядочения существующих мелиоративных систем, всемерной экономии воды, в первую очередь пе-рестройки насосных установок в западной дельте и ильменях в соответствии с расчетными уровнями Волги, повышения общей культуры земледелия и рентабельности сельскохозяй-ственного производства.
1.4 Необходимы систематические наблюдения для оценки результатов воздействия водных ресурсов Волги на сельскохозяйственные угодья Волго-Ахтубинскон поймы, дельты и западных подстепных ильменей, на рыбное хозяйство: оценка затопления нерестилищ, эффективность работы вододелителя и т.д. Эту задачу нельзя решить только традиционными наземными точечными способами измерений. Необходимо использовать дистанционные способы измерения.
2). В области управления водохозяйственной системой необходимо:
2.1 Следует изучать изменение во времени состояний отдельных элементов и подсистем ВХК Нижней Волги и системы в целом, связей между элементами (прямых и обратных), а также изменение состояния внешней среды и степени влияния тех или иных ее факторов на состояние исследуемой системы;
2.2 Разрабатывать систему мероприятий, позволяющих оптимизировать процесс управления в соответствии целью управления: обеспечить гармоничное взаимодействие всех элементов и подсистем ВХК Нижней Волги, связей между ними и внешней средой, сохранить и усложнить структуру системы, поддерживать такой режим ее деятельности, чтобы максимально улучшить состояние всей системы в целом и обеспечить наиболее эффективное ее функционирование.
2.3 Осуществлять целевую функцию управления – минимизировать отклонения состояния системы ВХК Нижней Волги от уровня естественного состояния ВХК Нижней Волги до зарегулирования и минимизировать затраты на проведение мероприятий по оптимизации процесса эффективного функционирования системы и процесса эффективного управления. (При этом управляющими параметрами будут являться не только водораспределение, но и весь комплекс показателей состояния системы: водных объектов, геологической среды и техногенных объектов, метеогидрологических показателей и требований водопотребителей с учетом экономической целесообразности).
2.4 Организовать систему постоянной актуализации (дистанционный и наземный мониторинг) за системой и внешней средой: создать центр мониторинга Нижняя Волга;
2.5 Разработать систему оперативного реагирования на изменение состояния системы для нейтрализации или смягчения возможных Чрезвычайных ситуаций, связанных с природными или техногенными катастрофами;
3). Волгоградское водохранилище
3.1 В целях снижения активности процессов абразии и заиления на озерном участке Волгоградского водохранилища следует использовать методы искусственного регулирования водности в верхнем бьефе. В частности, учитывая наличие кровли плотных хвалынских глин в зоне левого берега (наиболее подверженного разрушению) на отметках высот 14,0 -14,5 м БС и устойчивость пластов к эрозионному воздействию, необходимо ограничить допустимый диапазон уровней воды на данном участке верхним пределом 13,9 -14,4 м БС. Особенно недопустимо превышение этого предела при наличии штормовых ветров волноразгонных направлений. Нижний предел диапазона уровней следует ограничить горизонтом 12,5 м, при котором резко активизируется повторная переработка абразионных отмелей.
3.2 Перспективным для берегоукрепления отдельных небольших участков следует считать метод искусственной отсыпки отмели естественными инертными материалами установленной размерности (песок, гравий).
4). Волжская ГЭС
1. Организация разветвлённой сети сейсмологических пунктов наблюдений, осуществ-ляющих постоянный контроль за сейсмической обстановкой.
2. Замена устаревшего энергетического оборудования.
3. Производство очистки сбросных вод до экологически чистого уровня.
5). Интегральная оценка состояния геосферы Волго-Ахтубинской поймы и
дельты р. Волги
1. Формирование рельефа Нижнего Поволжья неразрывно связано с тектоническими про-цессами, протекющими в неоген- четвертичный период.
2. Участки Волго – Ахтубинской поймы и дельты р. Волги, выделенные по характеру структурно–тектонического развития за длительное геологическое время отражаются, в её современном рельефе. Рельеф и все процессы русло - и берего-переформирования, а также транспортировки и аккумуляции наносов водным потоком в значительной мере определяются существующим тектоническим каркасом, заложенным на ранних этапах геологической истории данной района. Из всего многообразия тектонических зон, ход русловых процессов определяют те из них, которые являются активизированными в настоящее время. Различная кинематика движений участков поймы в плане и по высоте создаёт предпосылки для постоянного дрейфа, как русел основных водотоков, так и накопления и переотложения осадков в них.
3. Одним из проявлений тектонической активности отдельных участков поймы является наличие перекатов, существенно осложняющих судоходство по р. Волге. Из 33 известных перекатов на р. Волге 21 расположен на тектонических зонах, выявленных по геофизическим данным, и 8 – вблизи них.
4. Одним из факторов геологической природы, определяющим современное рельефообразование (в том числе и негативные процессы берегообрушения) является широкое развитие на территории поймы пермо-триасовых галогенных пород (солей), залегающих на небольшой глу-бине.
5. Обрушение и размыв береговых отложений в с. Никольское, с. Копановка приуро-чены к отдельным соляным штокам незначительных размеров, ЭГП в сёлах Чёрный Яр, Енотаевка, Владимировка, Косика, Волжский и Замьяны тяготеют к протяжённым грядам соли, имеющих поперечное направление к пойме.
6). Рыбохозяйственная, ихтиологичнская, гидробиологическая, гидрохимическая
и природоохранная характеристика водоемов Волго-ахтубинской поймы
1. Изменение водного баланса Волго-Ахтубинской поймы в связи с зарегулированием стока Волги привело к расшатыванию и нарушению экологического равновесия в биологических системах. Сложившаяся практика водообеспечения пойменных водоёмов ставит под угрозу суще-ствование Волго-Ахтубинской поймы как единой функциональной системы.
2. Стабилизация качественных и количественных показателей развития биоценозов в водо-ёмах Волго-Ахтубинской поймы может быть достигнута только при регулировании режима их заполнения, что позволит избежать негативного влияния ежегодных попусков воды и колебаний уровня трофии озёр.
3. Выяснение причин качественных и количественных изменений в развитии флоры и фауны поймы, показало, что формирование в них сообществ организмов происходит под влия-нием такого мощного фактора, как весенний паводок. Негативное воздействие нестабильного паводка, несомненно, сказывается и на видовом разнообразии.
5. Наиболее быстро и показательно происходят изменения биоразнообразия в ихтиоценозе водоёмов. Для экосистем водоёмов поймы высокий уровень водообеспеченности в весенний период оказывает положительный эффект в аспекте увеличения биоразнообразия входящих в их состав биоценозов. Чётко прослеживается данная взаимосвязь в фитоценозах микрофлоры и ихтиоценозах.
6. В ихтиоценозах уровень показателей биоразнообразия в различные сезоны вегетационного периода в год с высоким паводком в 1,5 – 2,0 раза выше, чем в годы с низким паводком.
7). Оценка состояния качества воды бассейна Нижней Волги за
многолетний период (1978-2005 гг)
1. Несмотря на остановку ряда предприятий в начале 90 гг. и введение в строй новых и ре-конструкцию старых очистных сооружений, на уменьшение в целом сброса загрязненных сточ-ных вод отдельными предприятиями различной производственной направленности, сложившийся отрицательный эффект влияния хозяйственной деятельности на поверхностные воды бассейна Нижней Волги не скомпенсировался и состояние качества воды некоторых как крупных водных объектов, так и особенно водных объектов малой категории осталось крайне не-благополучным.
2. Длительное функционирование экологически несовершенных технологий в промыш-ленности и сельском хозяйстве, сброс недостаточно очищенных коммунальных стоков, поступле-ние загрязнений с водосборных территорий привело к ухудшению качества воды Нижней Волги. Такое многофакторное антропогенное воздействие привело к интенсификации негативных про-цессов, происходящих в Волжских водохранилищах. В результате водохранилища и некоторые малые реки фактически превратились в накопители загрязнения и находятся на разной степени эвтрофирования.
3. Степень загрязненности воды р.Волга и ее бассейна сохраняется на высоком уровне Сред-негодовые концентрации загрязняющих веществ (нефтепродукты, фенолы, соединения металлов) в воде большинства крупных водоемов и водотоков превышают установленные ПДК в несколько раз.
4. Отрицательное влияние на качество водных ресурсов Нижней Волги оказывают сточные воды Астраханского газоконденсатного комбината.
5. Экологическая напряженность в дельте р.Волга усугубляется наличием в Астраханской области нефте- и газопроводов, а в порту г.Астрахань нефтеналивных баз.
6. Сброс неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод является основной причиной возникновения в бассейне чрезвычайных экологических ситуаций, обусловленных периодическим накоплением в водной среде большого набора загрязняющих веществ.
Рекомендации
Поскольку антропогенный фактор формирования химического состава поверхностных вод бассейна Нижней Волги становится сопоставим с природными геохимическими и биологи-ческими процессами, а в районах интенсивного хозяйственного освоения нередко и опреде-ляющим, для оздоровления экологической обстановки необходимо:
- изучение специфических особенностей физических, химических и биологических механизмов трансформации загрязняющих веществ;
- рассмотрение проблемы качества воды совместно с гидрологической изученностью в более тесной связи, чем отбор проб воды для химического анализа при одновременном измере-нии расходов воды, что несомненно явилось бы более адекватным отражением существующего состояния качества поверхностных вод бассейна Нижней Волги;
- детальное изучение динамики качественного состава воды. На первом этапе это можно обеспечить путем изменения категорийности пунктов с 3-4 категорий до 2 категории на Саратовском (г.Тольятти, г.Самара, устье р.Чапаевка) и Волгоградском (г.Волгоград) водохранилищах, а также на рукавах Ахтуба, Бузан, Кривая Болда, Камызяк с обязательным условием организации совместных гидрологических, гидрохимических и гидробиологических исследований;
- организация межведомственного контроля и разнонаправленных действий по охране поверхностных вод бассейна, т.е. создание системы контроля и охраны поверхностных вод бассейна Нижней Волги на современной и единой нормативно-методической базе, позволит проводить мониторинг в соответствии с современными требованиями и международными стандартами, что неизбежно скажется на улучшении экологической обстановки бассейна Нижней Волги.
8). Постоянно действующая компьютерная модель нижнего течения и
дельты р. Волги на основе ГИС-технологий с выделением территорий,
подверженных затоплению и подтоплению вследствие длительных
попусков в нижнем бьефе Волгоградского гидроузла и нагонных явлений Каспия
1. Для создания компьютерной модели нижнего течения и дельты р. Волги разработан ори-гинальный программный комплекс GSPI, позволяющий на основе электронных карт объединить разнородную информацию в единое информационное пространство без ограничений на тематику.
2. Автоматизация решения расчетных задач включает как картографические измерения на плоскости, так и обработку высотной основы для реализации пространственного представления местности. Для повышения эффективности анализа и оценки местности занимает создание и ис-пользование пространственных моделей, позволяющих создавать на экране трехмерный макет местности, перемещаться по нему, рассматривать из разных точек.
3. Решена задача непрерывной актуализации информации и реализована ее система доку-ментирования.
4. На всю территорию Нижней Волгина используется в качестве единой топографической основы векторная карта 1 : 200 000 масштаба, с которой совместно используются разнообразные материалы.
5. Решена задача выделения территорий, подверженных затоплению и подтоплению вслед-ствие длительных попусков в нижнем бьефе Волгоградского гидроузла и нагонных явлений Кас-пия как для всей территории Нижней Волги, так и для любого ее участка в масштабах 1 : 200 000 (1985 г), 1 : 100 000 (1995 г), 1 : 20 000 (2005 г).
6. Имеется возможность в динамике визуально отслеживать весь процесс затопления территорий при различных длительных расходах воды в нижнем бьефе Волжского гидроузла.
7. Решена задача изучения и прогнозирования русловых деформаций на основе изменения рельефа за периоы: 1985 – 1995 гг. и 1995 – 2005 гг., а также автоматического подсчета на любую территорию баланса размытых и накопленных наносов (в метрах кубических).
Моделирование затоплений (альбом приложений - книга 2 том 2).
Выводы
1. За последнее десятилетие (1995 – 2005 гг.) в связи с произошедшими землетрясениями в пойме Волги произошла интенсивная перестройка тектонического режима и, соответственно, рельефа по сравнению с предыдущим десятилетием (1985 – 1995 гг.). Волгоградская часть поймы в настоящее время испытывает интенсивное блоковое воздымание, а Астраханская ее часть (южнее п. Цаган-Аман) интенсивное прогибание. Соответственно, изменился и режим затопления поймы и дельты р. Волги (Альбом приложений - кн.2,т.2).
2. Область затопления в районе с. Покровка связана как с естественным взбросом горных пород, что привело к вздыманию рельефа, так и со скоплением здесь более 7 млн. т. наносов, мигрировавших сюда с приплотинного размываемого участка.
3. Затопление и подтопление Астраханской поймы и дельты р. Волги (в том числе и г. Астрахани) в настоящее время начинается уже при расходах 2 000 – 6 000 м куб/ сек. в связи с наносами в районе о. Большой и г. Астрахани (Альбом кн.5, т2).
4. В настоящее время происходит формирование на дельтовом массиве дополнительного тракта стока (к востоку от г. Астрахани), который, будучи гипсометрически ниже основного Волжского, активно разрабатывается и превращается в конкурирующий по водности рукав реки.
5. Моделирование процессов, связанных с подъемом уровня Каспийского моря и нагонных явлений также подтверждает наличие этого нового формирующегося тракта стока р.Волги.
Уже при минус 22-20 м г. Астрахань будет полностью затоплен, что подтверждается имеющи-мися геологическими материалами по уровню Каспийсого моря.
Рекомендации (Астрахань)
1. Вариант 1. Необходимы дноуглубительные работы в районе о. Большого и г. Астрахани с целью расчистки дна реки от наносов;
2. Вариант 2. Строительство канала по естественно формирующемуся новому тракту сто-ка.
3. Необходимо сооружение защитных дамб и водоотводящих каналов для защиты города
подтоплений и затоплений
8.2 Результаты моделирования русловых деформаций по данным
изменения рельефа за последние 20 лет
1. Размывы дна р. Волги и картируются по ЦМР Спот-5 зеленым цветом, наносы - красным цве-том: это прежде всего приплотинная часть и районы современных неотектонических поднятий: Красноармейского, Светлоярского, Каменноярского и др.
2. По изменению рельефа за последние 20 лет детально картируются все нюансы русловых дефор-маций (данные дистанционного зондирования). Описание мобильных участков дано ниже.
9). Создание автоматизированных баз данных гидрологических характеристик
водотоков нижнего течения и дельты Волги, водохозяйственных сооружений,
гидрологических водопостов
1. Создан банк данных, состоящий из топографического блока, блоков дистанционной (космической и авиационной), географической (метеорологической и климатической, физико-географической, ландшафтов и почв, геоморфологической, гидрографической и гидрологиче-ской, экологической, социально-экономической) и геологической (собственно геологической, геофизической, геохимической, инженерно-геологической и геоэкологической) – 120 гб.
2. На территории бассейна Нижней Волги к режимным работам, выполняющимся в рамках ведения мониторинга атмосферы и мониторинга поверхностных вод суши, привлечены 37 стационарных пунктов наблюдений Северо-Кавказского УГМС. В их числе: восемь метеороло-гических станций, двадцать два гидрологических, четыре агрометеорологических, два метеорологических и один морской пост. Работы ведутся в соответствии с нормативными документами Росгидромета. Все материалы за период 1961 - 2005 гг. собраны.
10). Разработка концепции безопасного пропуска паводка в низовьях Волги.
К опасным природным, техногенным и экологическим процессам, протекающим на территории Нижней Волги и влияющим на безопасность пропуска паводка, относятся экзогенные и гидрометеорологические (включая нагонные явления Каспийского моря) явления, землетрясения, загрязнения атмосферы и гидросферы разнообразными химическими веществами, состояние тех-нических сооружений.
10.1 Экзогенные процессы
Выделены 16 участков, где в наибольшей степени развиваются процессы речной и овражной эрозии, оползневые и карстовые процессы.
Рекомендации по снижению негативного воздействия ЭПГ на населенные
пункты и хозяйственные объекты
1. Для создания безопасной обстановки в обследованных населенных пунктах необходимо предусмотреть комплекс защитных мероприятий, направленных на снижение активности экзогенных геологических процессов.
2. Меры борьбы с оползнями, оврагами и береговой эрозией делятся на профилактические и активные.
3. К профилактическим мероприятиям относятся:
- запрещение самовольной застройки прибровочной части коренного берега;
- запрещение устройства дорог, проезда автотранспорта в непосредственной близости
берегового уступа;
- запрещение подрезки оползневых склонов и устройства всякого рода выемок;
- не допущение утечек из водопроводящих коммуникаций вдоль бровки склона;
- запрещение свалок мусора в верхней части склона;
- запрещение неумеренного полива садов и огородов на приусадебных участках;
- проведение чистки фарватера реки;
- охрана древесно-кустарниковой и травянистой растительности.
К активным мероприятиям относятся:
- мероприятия по выполаживанию откоса при его большой высоте. Откос делится на час ти, разделенные бермами.
- мероприятия по защите берегов от подмыва рекой путем устройства водоотбойных сте-нок, мощения берегов камнем и др.;
- у подножья склонов оползней искусственно сформировать пляжи, которые препятствуют подрезке склонов берегов рек.
4. Проведенные работы по мониторингу экзогенных геологических процессов показали важность и необходимость их продолжения на территории Астраханской области. В дальнейшем необходимо продолжить развитие опорной наблюдательной сети на левом берегу Ахтубы для наблюдений за развитием овражной и речной эрозии в Ахтубинском районе.. Требуется расши-рить зону наблюдения за карстовыми процессами и включить в нее всю территорию вдоль трассы Н. Баскунчак-В.Баскунчак. Для предотвращения негативных последствий нужно расширить комплекс исследований и включить специальную съемку по выявлению карстовых пустот.
10.2 Землетрясения
1. Строение Волго-Ахтубинской поймы, структура и текстура ее рельефа, характеристики поверхностных и подземных вод, экзогенные процессы, распределение растительности и т. д. полностью контролируются быстропротекающими геологическими процессами, связанными, прежде всего, с зонами “живых” тектонических нарушений в фундаменте и с соляной неотек-тоникой.
2. На территории Волго-Ахтубинской поймы выделяются мобильные напряженно-деформированные зоны горных пород, где, по всей видимости, зарождаются очаги будущих землетрясений:
- Светлый Яр - МТФ;
- Солодники – Царев;
- Каменный Яр – Капустин Яр;
- Черный Яр – Соленое Займище – Батаевка;
- Пришиб-Пироговка;
- Циган –Аман - Михайловка
- Волжский – Замьяны;
- Енотаевка – Харабали;
3. Необходима организация систем наблюдений и прогнозирования землетрясений.
10.3 Современное состояние и изменение условий работы гидроэлектростанций,
их механического и гидроэнергетического оборудования.
1. Визуальные осмотры и многолетние инструментальные наблюдения показали, что общая статическая прочность и устойчивость гидротехнических сооружений вододелителя обеспечена и соответствует классу капитальности гидроузла; на поверхности бычков, в зоне переменного уров-ня, местами наблюдается незначительная эрозия бетона; поверхность бетона выше переменного уровня находится в удовлетворительном состоянии; железобетонные плиты крепления откосов имеют незначительные разрушения в виде отдельных трещин и раковин; выхода депрессионной кривой на низовой земляной плотине не обнаружено (из текста акта последнего преддекларационного обследования)
2. Методами математического моделирования проводились гидравлические исследования последствий возможной гидродинамической аварии от прорыва напорного фронта Волжской ГЭС. Вероятность такой аварии чрезвычайно мала (;1,10-4 1/год), однако полностью исключить возможность возникновения такой катастрофы невозможно. Выполненные численные экс-перименты показали следующее:
• максимальные величины расхода излива из Волгоградского водохранилища состав-ляют, округленно: 240 тыс.м3/c для сценария 1, 200 тыс.м3/c для сценария 2, 150 тыс.м3/c для сценария 3. При распространении по нижнему бьефу волна прорыва трансформируется, а максималь-ное значение расхода уменьшается;
• зона затопления располагается в Волгоградской и Астраханской областях с развитой инфраструктурой. Общая площадь затоплений в нижнем бьефе составляет, в зависимости от сценария, от 14.8 до 15.8 тыс. км2;
• основными составляющими общего ущерба являются: ущерб жилому фонду и иму-ществу граждан (40%), ущерб основным производственным фондам (25%), расходы на ликвида-цию аварии (15%). /Расчет ущерба проводился до створа, ниже которого глубина затопления от прорывной волны не превосходит глубину затопления при естественном половодье обеспеченно-стью 1%.
10.4 Техническое состояние и надежность систем от подтоплений и
затоплений на Нижней Волге
1. Состояние и местоположение существующих берегозащитных, берегоукрепительных со-оружений и защитных дамб г. Волгограда, Астрахани и других населенных пунктов не обеспечи-вают должным образом защиту этих городов от подтоплений и затоплений.
2. Необходимо значительно увеличить затраты на ремонт существующих и сооружение но-вых защитных сооружений.
10.5 Рекомендации по обеспечению безопасности работы ГТС
1. Принятие оптимального решения при проектировании, строительстве и эксплуатации ГТС, для чего необходимо обладать полным знанием природной, технической и экономической ситуации.
2. При пропуске половодий следует учитывать весь комплекс возможных последствий принятых решений и заранее предупреждать их появление (например, ликвидация вибрации при плит бетонного покрытия крепления дна ниже плотины).
3. Надзор за безопасностью эксплуатируемых ГТС (административный, региональный, от-раслевой (межотрасловой) и государственный)..
4. Страхование рисков
11). Рекомендации по снижению риска опасных русловых процессов
на Нижней Волге (таблица здесь не приводится).
12). Саралевский узел
1. Спрямление русла Саралёвской воложки с формированием прорана Дубовка улуч-шило условия пропуска потока по правому рукаву (Саралёвской воложке). С середины 1970-ых годов по нему проходит большая часть расхода воды, поступавшего из главного русла Волги.
2. Судоходные условия в Саралёвской излучине резко ухудшаются. В нем сформиро-вались три сложных переката: приверх о.Саралёвского, Верхний Саралёвский и Нижний Саралёвский). Последний оказался наиболее затруднительным в пределах всей Нижней Волги в навигацию 1972 года, когда на нем было извлечено 1,5 млн. м3 грунта, что, однако, не дало значительного улучшения судоходных условий. Дноуглубительные работы на перекате затруднены из-за выступающей в русле каменной гряды, которая не позволяет приблизить судовой ход к правому вогнутому берегу.
3. Развитие левобережной пойменной протоки воложки Коршевитая привело к еще большему поступлению наносов в нижнее крыло Саралёвской излучины, что еще больше услож-нило ситуацию на Верхнем и Нижнем Саралёвских перекатах.
4. Одновременно существенное изменение морфологического облика на участке входа в Саралёвскую излучину привело к интенсивной аккумуляции русловых наносов на этом участке и ухудшению условий поступления воды в излучину (к уменьшению ее водопропускной способности). Обмеление русла на входе Саралёвскую излучину оказалось столь значительным, что акцент землечерпания к 2007 году был перенесен на этот участок судового хода (таблица 1 и рисунок 2).
5. В динамике землечерпания на СВУ в целом за многолетие просматривается четко уменьшение объемов извлекаемого грунта. Это связано с нарушением баланса русловых наносов на Нижней Волге после возведения плотины Волгоградской ГЭС. Наносы, поступающие в русло Волги с выше расположенных участков, перехватываются плотиной, скопления наносов, что находились ниже ее по течению, за период с момента начала строительства полностью перемести-лись вниз (прошли через участок СВУ). Таким образом, единственным источником поступления русловых наносов в настоящее время является распределенный размыв 100 км участка русла ниже плотины ГЭС. Эту ситуацию наглядно иллюстрирует график на рисунке 2, где изображена динамика изъятий грунта в первые после строительства плотины годы и в настоящее время.
6. Обнаруживается слабая тенденция к развитию русла воложки Коршевитой, даже не-смотря на выполненные в ней землечерпательные работы. Возможно это следствие ре-гулирования стока с начала 1960 годов. Срезка максимальных расходов и уровней воды ска-зывается на режиме затопления поймы и, соответственно, на темпах разработки пойменных проток.
Современная гидравлико-морфологическая ситуация, сложившаяся на Саралёвском водном узле и в целом на Нижней Волге в связи с регулированием стока воды и изменением режима движения наносов дает основание прогнозировать следующий вариант переформирований русла.
1. Изменение режима стока воды и наносов будет способствовать формированию тен-денции перехода руслового процесса от незавершенного меандрирования и пойменной многору-кавности к преимущественному развитию однорукавного русла с транспортом наносов в виде побочней и осередков.
2. Будет происходить занесение (обмеление) левого рукава за счет продолжающегося поступления в него русловых наносов из основного рукава реки и от интенсивных деформаций берегов входного участка (на перекате Верхнее-Солодниковском) при одновременном ухудшении входа воды в рукав и, следовательно, уменьшении его пропускной способности.
3. Водопропускная способность правого рукава (Саралевской воложки) будет сохра-няться на современном уровне или несколько возрастать.
С учетом предполагаемых тенденций развития руслового процесса на участке СВУ пред-ставляется целесообразным перенос судового хода из левого рукава в правый. При этом должны быть запроектированы и осуществлены судоходные прорези на перекатных участках правого ру-кава с обязательной разработкой прорана в каменной гряде на низовом участке правого рукава.
Перенос судового хода в правый рукав с одновременным прекращением землечерпания в левом рукаве будет способствовать сосредоточению практически всего расхода воды в правом рукаве и постепенному отмиранию левого рукава с превращением его (при занесении наносами входного участка) в протяженный затон с низовым входом. При таком развитии процессов в левом рукаве сохранится зимоотстойная яма осетровых и, возможно, сформируется их нерестилище (такие предположения высказывались специалистами ЛИВТа).
13). Участки реки Волги и ее рукава Ахтубы в районах подводных
переходов МН “Тенгиз-Новороссийск” и МГ “Макот-Северный Кавказ”
1. Установлено, что опасные для устойчивости этих переходов направленность и интенсивность русловых деформаций на участке реки к настоящему времени сохранились. Также продолжает активно развиваться правая протока (основное русло) острова Шамбайского, что в основном и определяет ход русловых деформаций непосредственно в районе переходов. В на-стоящее время расход воды в правой протоке составляет около 80 % общего расхода воды в главном русле Волги, в левой протоке – около20 %.
2. Установлено, что скорость локального размыва правого (ведущего) берега правой прото-ки у ухвостья острова Шамбайского в последнее десятилетие составила около 10 – 13 м/год. Однако следует отметить, что дно на рассматриваемом участке протоки было относительно устойчи-вым. Этот факт, по-видимому, связан с обнажением в русле протоки трудноразмываемых грунтов.
Интенсивный размыв правого берега рассматриваемой протоки обусловлен, с нашей точки зрения, следующими факторами:
- во-первых, динамическая ось потока вследствие геоморфологического строения участка реки находится у этого берега;
- во-вторых, правый берег сложен легкоразмываемыми грунтами – песками;
- в-третьих, наличием в береге локальных неоднородностей грунта, что приводит к образо-ванию береговых выступов, усложняющих гидравлическую структуру потока, а следовательно, и интенсифицирующих процесс размыва берега в зоне возникновения циркуляционных течений.
Левый берег на рассматриваемом участке реки был практически устойчив.
3. Продолжается разрастание скопления наносов (песчаного бара) у левого берега Волги. Это свидетельствует об устойчивой тенденции развития русловых деформаций на участке переходов: намыв левобережной части русла Волги и размыв правобережной.
4. Существенно изменились рельеф дна и гидравлическая структура потока на участке пе-реходов, особенно в правобережной части русла Волги, которая сложена легкоразмываемыми грунтами – мелкими и средними пескам. Эти изменения гидравлических условий вызвали формирование и развитие в техническом коридоре ям местного размыва. В 1994 г. на переходах было зафиксировано три больших и наиболее опасных для устойчивости трубопроводов на переходах ямы местного размыва.
5. Наиболее опасным участком газопровода с точки зрения его устойчивости является уча-сток у правого берега, между ПК4865+75 и ПК4866+85, где заглубление верха трубы в грунт со-ставляет, в основном, 0,4-0,8 м, что не соответствует требованиям СНиП 2.05.06-85 “Магистраль-ные трубопроводы”. Согласно материалам обследования подводного перехода МГ, выполненного ГГИ в июле 2005 г., в пределах указанного участка произошло оголение газопровода (ПК4866+52 – ПК4866+72).
6. Для обеспечения устойчивости действующего нефтепровода на ППМН через Ахтубу, равно как и газопроводов на ППМГ, рекомендуется осуществить значительные по затратам дно-углубительные и другие защитные мероприятия.
II. НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РУЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Впервые на базе единого информационного пространства собрана, комплексно обработана и проанализирована информация прошлых лет о водохозяйственном комплексе (ВХК) для всей территории бассейна Нижней Волги (географическая, геологическая, техническая и др.), по-лученная на разных уровнях зондирования - космос-воздух-земля-скважина - и выявлены основные закономерности изменения состояния водохозяйственного комплекса (ВХК) Нижней Волги до и после сооружения Волжской ГЭС;
2. Впервые для всей территории Нижней Волги (более 25 тыс. кв. км.) построены:
1. векторная карта масштаба 1 : 200 000 (1985 г);
2. карта рельефа (в цифровом виде и в изолиниях) поймы, дельты и прилегающих
территорий масштаба 1 : 100 000 с точностью по высоте 1 м по данным к/а Ланд
сат (1995 г);
3. карта рельефа (в цифровом виде и в изолиниях) поймы и дельты р. Волги масштаба
1 : 20 000 с точностью по высоте 0,5 - 0,7 м по данным к/а Спот - 5 (2005 г);
4. карты затопления поймы и дельты при нагонных явлениях Каспийского моря и дли-тельных попусках в НБ Волгоградского гидроузла при различных уровнях Каспийского моря и уровнях воды и расходах в нижнем бьефе Волгоградского гидроузла на время 1995 г и 2005 г.;
5. карты изменений рельефа за периоды: 1985-1995 г.г и 1995-2005 гг, являющиеся ви-зуальной основой для изучения и долгосрочного прогнозирования русловых процессов;
3. Впервые на базе современных геоинформационных технологий разработан программный комплексGSPI, позволяющий на основе электронных карт для всей территории Нижней Волги объединить разнородную информацию в единое информационное пространство без ограничений на тематику, автоматизировать решения расчетных задач, создать и использовать пространственные модели, решить задачу непрерывной актуализации информации и реализовать ее систему документирования, решить задачу выделения территорий, подверженных затоплению и подтоплению вследствие длительных попусков в нижнем бьефе Волгоградского гидроузла и нагонных явлений Каспия как для всей территории Нижней Волги, так и для любого ее участка в масштабах 1 : 200 000 (1985 г), 1 : 100 000 (1995 г), 1 : 20 000 (2005 г).
4. Впервые для всей территории Нижней Волги построена гидравлическая модель, которая позволила изучить характер и динамику распространения волн половодий в многорукавной системе дельты Волги, а также модель распространения загрязняющих веществ при различных уровнях воды в реке и величине поступления загрязняющих веществ;
5. Впервые для всей территории Нижней Волги и отдельных ее участков имеется возмож-ность в динамике визуально отслеживать весь процесс затопления и подтопления территорий при различных длительных расходах воды в нижнем бьефе Волжского гидроузла и подъеме уровня Каспийского моря (включая нагонные явления);
6. Впервые решена задача изучения и прогнозирования русловых деформаций на основе изменения рельефа за периоды: 1985 – 1995 гг. и 1995 – 2005 гг., а также автоматического подсче-та на любую территорию баланса размытых и накопленных наносов (в метрах кубических).
7. Впервые для всей территории Нижней Волги по данным к/а Ресурс (КФА-1000, 1999г) выявлены и изучены напряженно-деформированные участки земной коры, где могут формиро-ваться очаги будущих землетрясений, вызывающие резкое изменение рельефа и, соответственно, характер и динамику русловых процессов;
8 . Впервые для всей территории Нижней Волги по данным к/а Ландсат-7 построены карты
территории (масштаб 1 : 100 000) в синтезированных видимом, инфракрасном и видимом, ИК и тепловом диапазонах, позволяющие в комплексе с картами рельефа разных лет выявить очаги загрязнения, несанкционированные постройки;
9. Впервые предложена постоянно действующая модель поддержки принятия управленческих решений в различных водохозяйственных условиях в нижнем течении р. Волга;
10. Предложены Нормативы допустимого воздействия по химическим веществам в зонах влияния крупных населенных пунктах и промузлов;
III. ВОЗМОЖНОСТЬ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Представленные материалы могут использоваться при разработке схем комплексного ис-пользования и охраны водных объектов в бассейне р. Волги;
2. В Нижневолжском БВУ разработанные карты и модели рельефа, модели затопления, гидравлическая модель и модель загрязнений, модель русловых процессов могут использоваться для различных водохозяйственных целей;
3. Программный комплекс GSPI может использоваться в различных подразделениях отрас-ли для интеграции разнородной информации, динамического моделирования зон затопления и подтопления, а также моделирования русловых процессов на базе изменения рельефа и т. д.
IV. ПРЕДЛОЖЕНИЯ
1. Создать центр дистанционного и наземного мониторинга ВХК Нижней Волги;
2. На базе программного комплекса GSPI разработать постоянно актуализирующуюся ГИС “Нижняя Волга”, на выходе которой будет автоматизированная выдача ряда вариантов управляю-щих решений для разнообразных ситуаций в бассейне Нижней Волги;
3. Провести НИР для ВХК Средней и Верхней Волги с дальнейшей разработкой ГИС-“Волга” и центра мониторинга “Волга”;
Ответственный исполнитель
НИР-02-06, к.г.-м.н. В.Д. Бугарь.
Результаты НИР 02-06 по Нижней Волге
© Copyright: Владимир Бугарь, 2011
Свидетельство о публикации №211032601058
Свидетельство о публикации №211032601058
Рецензии