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.,

2.4. Влияние плавающей и затопленной древесной массы на качество воды в водохранилищах ГЭС АЕР

Поступающая древесная масса в водохранилище ГЭС оказывает влияние на качество воды.

Учитывая, что река Ангара в зарегулированном состоянии будет иметь установленную проектом проточность, можно утверждать, что характер воздействия лесных ресурсов в зоне затопления на водную среду будет подобен тому, что имеет место при проведении лесосплавных работ. Поэтому в настоящей работе приводится анализ ранее выполненных исследований, проводимых в связи с эксплуатацией рек для целей лесосплава.

Влияние лесных ресурсов на качество воды оценивается, прежде всего, с точки зрения влияния их на сохранение и воспроизводство рыб, т. к. в этом случае 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;
• загрязняющие вещества не должны содержаться в концентрациях, оказывающих прямое или косвенное неблагоприятное влияние на рыб или водные организмы, служащие кормом для рыб.

Долгие годы лесосплавом (транспорт леса водными путями) доставлялось в отдельные годы от 40 до 70 % всего объема лесозаготовок. Так в 1980 г. удельный вес пуска древесины составлял 134 млн. м³.

У общественности формировалось мнение, что нахождение древесины в воде явилось причиной снижения рыбных запасов.

Исследования показали, что степень влияния лесосплава на гидрохимический состав воды и на водные организмы определяется предельно допустимой концентрацией древесины в воде.

Критерием безвредности лесосплава для биологического равновесия водоема является отношение объемов древесины и воды во время лесосплава 1:250, что доказано многолетними исследованиями ГосНИОРХа и Санкт-Петербургской лесотехнической академии им. С.М. Кирова. При этом соотношении количество экстрагируемых веществ в воде колеблется около 1,6 - 2,0 мг/л, что не создает неблагополучных условий для обитания и развития водных организмов. Поэтому такое отношение рекомендуется не нарушать при проведении лесосплава.

Результаты исследований показали, что в обычных условиях лесосплава отношение древесины к воде практически значительно меньше рекомендуемого и может обеспечиваться в пределах от 1:250 до 1:12500 и менее. При этих условиях данные анализа воды ряда рек во время лесосплава выявили, что основные гидрохимические показатели воды (содержание растворенного кислорода, БПК, рН, концентрация смолистых и дубильных веществ и т.п.) не выходят за пределы, установленные требованиями к составу и свойствам воды рыбохозяйственных водоемов. В большинстве случаев показатели состава и свойства воды лесосплавных водоемов почти не отличаются от соответствующих характеристик воды при отсутствии лесосплава, т.е. при бытовом режиме.

В таблице 2.5 приведены гдрохимические показатели для реки Веледь, находящейся в Европейской части России [8].

По данным исследований ГосНИОРХ, количество кислорода, потребляемое веществами, вымываемыми водой за сутки из 1 м³ неокоренной древесины (ели, сосны и осины), максимально равно 8 г. Биологическое потребление кислорода вымываемыми из древесины водорастворимыми веществами за период поступления полного объема древесины в воду на 50 основных лесосплавных реках колеблется от 0,02 мг/л (на реках Сухона и Абакан за 10 сут., Тасеева - 17 сут. и Бикин - 8 сут. при соотношении древесины и воды соответственно 1:4006, 1:3991, 1:6022, 1:3619) до 0,49 мг/л.

Таблица 2.5 - Влияние лесосплава на гидрохимические характеристики воды реки Веледь

Показатели	1986 г.		1987 г.
	выше лесосплава	ниже лесосплава	выше лесосплава	на участке лесосплава	ниже лесосплава
Реакция рН (норма от 6,5 до 8,5)	7,41	7,55	8,65	8,44	8,43
Растворенный кислород (норма >6 мг/л)	9,6	10,0	7,2	7,28	7,24
Биохимическое потребление кислорода (БПК5 норма < 2 мг/л)	1,36	2,08	0,72	0,8	1,0
Химическое потребление кислорода (ХПК)	38,8	39,1	39,04	39,04	39,04
Окисляемость перманганатная	8,8	8,24	40,0	30,4	33,6
Лигносульфоновые кислоты	0,3	0,5	0	0	0
Азотаммониевые соли	0,86	0,62	1,14	1,06	1,11
Нитриты	0,021	0,016	0,039	0,053	0,054
Фосфаты	0,048	0,058	0,05	0,052	0,135
Хлориды	5,3	4,2	4,25	4,2 5	4,25
Кальций	-	-	0,32	1,0	0,68
Магний	-	-	1,68	1,4	1,0
Взвешенные вещества	1,3	0,75	0,5	0,4	0,4

Таким образом, допустимое БПК₅ - 2 мг/л и БПК₂₀ - 3 мг/л при наличии на реках лесосплава соблюдается, вымывание ВЭВ идет по экспоненте, их основная масса попадает в воду в первые недели, даже в первые сутки. Это объясняется тем, что в лесосплавных породах древесины (ель, сосна, береза) вода почти не проникает в ядро, а поэтому ВЭВ вымываются только из заболони, где их значительно меньше, чем в ядре. Только через 18 лет после затопления содержание ВЭВ существенно снизилось.

Гидрохимическая характеристика воды лесосплавных рек представлена в таблице 2.6.

Проведенный анализ химических свойств воды лесосплавных рек показывает, что в подавляющем числе случаев эти показатели находятся в границах действующих предельно допустимых концентраций или мало отличаются от своих значений при бытовом режиме рек. Это подтверждает, что нахождение древесины в определенных объемах не создает заметного дополнительного загрязнения воды по сравнению с естественной загрязненностью ее в данном водоеме при отсутствии лесосплава.

Таблица 2.6 - Гидрохимическая характеристика воды лесосплавных рек

Река	Объем лесосплава, тыс. м3	Отношения древесины и воды	Реакция рН	Растворенный кислород, мг/л	% насыщения кислородом
Онега	1263	1:1210	7,0	11,49	84
Сухона	337	1:4006	7,0	10,33	80
Кубена	250	1:1040	7,2	7,72	72
Юг	514	1:3696	7,4	9,62	93
Вычегда	1396	1:2794	6,4	11,83	84
Сысола	735	1:1503	6,15	9,6	74
Вага	1246	1:233 5	7,0	10,88	79
Пинега	1309	1:1070	7,3	8,59	58
Суда	200	1:1050	6,8	13,62	100
Абакан	233	1:3991	6,1	12,0	93
Мана	491	1:631	7,45	11,5	94
Тасеева	465	1:6022	7,5	8,57	75
Бирюса	715	1:2937	7,45	10,6	97
Печора	494	1:3583	6,15	11,55	87

Влияние скопления объемов древесной массы на загрязнение водных объектов, на изменение гидрохимического состава воды проявляется в местах ее концентрации. Концентрация древесины в заливах наблюдается на всех водохранилищах ГЭС Ангаро-Енисейского региона. Сосредоточение древесной массы в заливах происходит под воздействием природных или антропогенных факторов.

Негативное влияние затонувшей древесины в первую очередь сказывается на изменении кислородного режима в водном объекте, происходящего за счет поглощения кислорода самой древесиной. Поглощение 1 т древесины составляет 7 г/сут. Подобное активное поглощение кислорода древесиной продолжается в течение 200 суток с момента ее затопления. В первые 30 суток наиболее активно (со скоростью 17 г/сут.) кислород поглощается корой. В последующий период скорость поглощения кислорода по самой древесине приближается к ранее приведенному значению (7 г/сут.). Через 300 - 360 суток после затопления на поверхности древесины появляются водные грибы, разлагающие ее. Прирост их общей биомассы составляет от 30 до 40 т/сут. с 1 км² площади дна, занятого древесиной. Постоянно отмирая, биомасса поставляет органическое вещество, активно поглощающее растворенный кислород. Ежесуточно поглощение кислорода составляет 1/16 отмирающей биомассы. Таким образом, при большом количестве затонувшей древесины ее влияние на качество воды в отдельных случаях оказывается определяющим.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что нахождение древесины связывают с ее влиянием на рыбное хозяйство. Выполненные исследования показывают, что ученые-ихтиологи, ихтиотоксикологи, гидробиологи, микробиологи, гидрохимики по-разному оценивают влияние лесосплава на водные объекты.

Большое внимание уделяется экологическим проблемам, связанным с лесосплавом, за рубежом. Так, ежегодный конгресс финских объединений по лесосплаву, на котором рассматривались вопросы влияния лесосплава на состояние водного бассейна и на рыбное хозяйство, пришел к выводу, что лесосплав не причиняет ущерба финским рыболовецким организациям. В одном из докладов на конгрессе, посвященном современным нормативным требованиям к лесосплаву и их совершенствованию в связи с возможным вредным воздействием на состояние лесосплавных водоемов затонувших бревен, отмечалось, что лесосплав несколько изменяет естественное состояние водного бассейна, но не оказывает отрицательного воздействия на условия существования и размножения рыб.

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. Это объемное соотношение может быть принято для решения практических вопросов при организации и проведении лесосплава. При этом соотношении количество экстрагируемых веществ в воде колеблется от 1,6 до 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 от 15 до 20 мг/л природных дубильных веществ (не вымытых из древесины) для рыб нетоксично.

Лесосплав отрицательно влияет в основном на газовый режим, показатель рН и окисляемость.

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.

Анализ основных гидрохимических показателей воды ряда лесосплавных рек (по данным территориальных управлений по гидрометеорологии и контролю природной среды за 1985-1986 гг.) свидетельствует о том, что они находятся в пределах допустимых норм (таблица 2.7).

Таблица 2.7 - Основные гидрохимические показатели воды рек

Река	Объем молевого лесосплава, тыс. м3	Соотношение древесины и воды	Реакция рН (норма 6,5-8,5)	Растворенный кислород (норма 6), мг/л
Кама	1016	1:920	6,5-7,3	8,43-12
Весляна	306	1:720	5,25-17	9,89-12,8
Вишера	184	1:8700	6,8-7,2	8,5-13,4
Иньва	196	1:270	7,55-8,2	7,84-12,4
Онега (Порог)	1273	1:45000	6,95-7,8	9,07-12,28
Вага	385	1:3500	6,8-7,6	6,97-11,85
Пинега	1348	1:1150	6,9-7,7	8,65-11,84
Подюга	Молевой лесосплав прекращен		6,9-7,85	9,17-13,45

Используя критерий безвредности для биологического равновесия водоемов, отношение объемов древесины и воды 1:250, в таблице 2.8 и на рисунке 2.1 представлены данные расчета для водохранилища БоГЭС.

Таблица 2.8 - Соотношение объемов древесины и воды

Полный объем водохранилища при НПУ 208,0 м, км3	Объем древесины, млн. м3	Соотношение древесины и воды	Критический объем воды (1:250), км3
58,2	2,0	1:29100	0,5
58,2	3,4	1:17118	0,8
58,2	5,6	1:10393	1,4
58,2	7,0	1:8314	1,75
58,2	9,1	1:6396	2,28
58,2	12,0	1:4850	3,0
58,2	232,8	1:250	58,2

Рисунок 2.1 - Соотношение объемов древесины и воды

Из таблицы 2.8 и рисунка 2.1 следует, что даже при максимальном затоплении 12 млн. м³ древесины в водохранилище БоГЭС сохранится биологическое равновесие.

Учитывая негативный опыт формирования плавающей древесины в заливе Джойская Сосновка (Саяно-Шушенская ГЭС) объемом до 1 млн. м³, где качество воды оценивается как «сильно загрязненная», необходимо предусмотреть в самом неблагоприятном варианте (форс-мажорная ситуация) распределение древесины по заливам в небольших объемах.

Затопленные лесные ресурсы могут формировать запасы фенольных соединений. По данным работы [42], древесина может дать от 0,00022 до 0,012 % фенолов. Выделение фенольных соединений зависит от многих факторов: продолжительность нахождения древесины в воде, температура воды, порода древесины и т.д.

Так, например, в Зейском водохранилище, за 24 года эксплуатации, суммарный сток фенолов составил 5 тыс. т, т.е. в среднем 208,4 т в год.

В таблице 2.9 и на рисунке 2.2 представлен расчет формируемых в водохранилище Богучанской ГЭС (БоГЭС) минимальных и максимальных объемов фенолов.

Таблица 2.9 - Объем фенолов, формируемых в водохранилище БоГЭС

Объем древесины, млн. м3	АСВ, тыс. т	Объем фенолов, т
		max	min
2,0	1200	14400,0	264,0
3,4	2040	24480,0	448,8
5,6	3334	40000,0	733,5
7,0	4200	50400,0	924,0
9,1	5460	65520,0	1201,2
12,0	7200	86400,0	1584,0

 

Рисунок 2.2 - Зависимость поступления фенолов от объема древесины