10884

Министерство науки и образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

С.В. Соболь

ВОДОХРАНИЛИЩА В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Вдвух книгах КНИГА 1

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

1

ББК 38.771

С54

Печатается в авторской редакции

Рецензенты Д.Б. Гелашвили – доктор биологических наук, профессор (ФГАОУ ВО «Националь-

ный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»)

Д.В. Козлов – доктор технических наук, профессор (ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»)

А.М. Коломиец – доктор технических наук, профессор (ФГАОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»)

Соболь С.В. Водохранилища в окружающей среде. В двух книгах [Текст]: научнотехническое издание / С.В. Соболь; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новго-

род: ННГАСУ, 2022. – Книга 1. – 388 с. ISBN 978-5-528-00485-3; 978-5-528-00486-0

В первой книге издания приводятся сведения о водных ресурсах России, составляющих 11% мировых запасов пресной воды, проявляется значение 2650 российских водохранилищ для водообеспечения отечественной экономики, содержатся данные о комплексном использовании водохранилищ, показывается, что гидроэнергетика является наиболее экологически чистым способом выработки электроэнергии, анализируется взаимодействие водохранилищ с окружающей средой, включая компоненты литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы, а также человека и культурные ценности (с продолжением в книге 2), подчеркивается, что практически ни одно из построенных водохранилищ не показало несовместимости с природной средой и не привело к последствиям, угрожающим жизни людей и природных комплексов.

Материал адресован специалистам, аспирантам и студентам, чьи интересы распространяются на проблему водохранилищ, а также кругу читателей, желающих получить целостное представление об этих рукотворных объектах в современной окружающей их среде.

ВВЕДЕНИЕ

Правильная постановка вопроса свидетельствует о некотором знакомстве с предметом. Ф. Бэкон (1561 – 1626)

Природа – это совокупность естественных условий существования человеческого общества. Окружающая среда – среда обитания и производственной деятельности человечества. Под термином «окружающая среда» обычно понимается природная среда, окружающая человека; нередко это понятие включает элементы искусственной среды – жилые строения, промышленные предприятия, дороги и т.п. [603]. Для любого элемента среды обитания (например, водохранилища) все остальные элементы, в том числе и человек, являются его окружающей средой [78].

Как биологический вид человек плохо приспособлен к жизни в природной среде. Он не может более 5 дней обходиться без воды, не выносит температуры ниже 15 С и выше 35 С, скорость его передвижения не превышает 10 – 15 км/ч, он беззащитен перед хищниками – не имеет клыков, рогов, копыт или защитного панциря, плохо видит в темноте, репродуктивные способности его ограничены одним детенышем в год. Поэтому, чтобы выжить и стать «видом номер один» на планете [197], человек должен был адаптировать среду обитания к своим потребностям. Это ему удалось, потому что человек не просто биологический, а биосоциальный вид [671].

Люди начали отрицательно влиять на природу, когда еще могли похвастаться только кремневыми ножами и заостренными палками [686]. В течение многих веков деятельность человечества оставалась на таком уровне, что природная среда практически ее не замечала, но с ростом урбанизации планеты начало проявляться изменение среды обитания и сказываться на жизнедеятельности людей [628].

С некоторых пор главной задачей любого государства стал экономический прогресс. Принято считать, что государственный коммунизм, как в бывшем СССР, а в наши дни рыночный капитализм являются наиболее эффективными способами достижения экономического роста. Природная среда, социальные структуры и традиционные ценности, мешающие рыночному капитализму, демонтируются, ликвидируются и разрушаются [687].

3

Люди стали способны намеренно или случайно перекроить саму среду обитания. Ученые еще спорят о том, насколько мы близки к любой из вероятных планетарных катастроф. То, что мы можем их спровоцировать, уже, бесспорно [549]. Грозной проблемой, висящей над современной экономикой, является экологический коллапс. Он повлечет за собой экономический крах, политические волнения, падение уровня жизни и поставит под угрозу само существование человечества [687].

Не хочется верить, что наш удел – это бездумное технологическое развитие, отравленная среда обитания, социальная иерархия, экономическое неравенство, ядерное оружие и мрачные перспективы [549].

Между тем, большинство граждан индустриальных государств прекрасно выживают в невежестве. Много ли нужно знать о природе, чтобы стать компьютерщиком, страховым агентом, юристом, рабочим на стройке? Защита окружающей природной среды – очень хорошая идея, но те, кому нечем платить за квартиру, куда больше озабочены своими долгами, чем таянием ледников [687].

Уже давно очевидно, что без положительных сдвигов в деле охраны природы шансы будущих поколений на развитие в привычном мире весьма проблематичны.

С первых своих шагов по Земле человек понимал ценность воды. После перехода к оседлому образу жизни люди стали строить гидротехнические сооружения, так как земледелие было затруднительным без трансформации стока рек по временам года [515]. Постепенно накапливался опыт в создании систем водоснабжения, ирригационных каналов, плотин и водохранилищ, передававшийся из поколения в поколение. Сооружения встраивались в природную среду и преобразовывали ее. Каждый новый шаг в развитии цивилизации почти всегда начинался с нового направления использования водных ресурсов [112].

Представим размах работ четырехтысячелетней давности на одном примере. На севере Египта в низине площадью до 1700 км2 находится оазис Файюм, отделенный от р. Нил грядой холмов и песками пустыни. При фараоне Сенусерте III и его сыне Аменемхете III, правившими Египтом с 1878 г. по 1814 г. до н.э., оазис был обводнен: возведены плотины, насыпи, водопропускные шлюзы, проложен канал Бахр-Юсуф глубиной до 5 м с 12-ю рукавами, по которому часть стока р. Нил отводилась в гигантское искусственное озеро-водохранилище Карун, вмещавшее 50 км3 воды

[geosfera.org/afrika/egipet/1739-faymskiy-oazis.html]. В эпоху фараонов

4

строительные работы выполнялись орудиями из камня и дерева (редко – из бронзы), приводимыми в действие мускульной силой десятков тысяч людей в течение многих лет [687]. Для сравнения: наибольшее на р. Волге и самое большое в Европе Куйбышевское водохранилище, заполненное в 1955 – 1957 гг., имеет полный объем 58 км3 [112; 520].

Согласно данным ООН, минимально необходимое сегодня водопотребление для нужд сельского хозяйства, промышленности, энергетики и сохранения равновесия окружающей среды составляет 1700 м3/год на человека. При обеспеченности 1000 – 1700 м3/год принято говорить о состоянии водного стресса, при 500 – 1000 м3/год – о дефиците водных ресурсов, при уровне ниже 500 м3/год – об абсолютном дефиците воды [202]. Чистая вода стала важнейшим ресурсом, дефицит ее сдерживает развитие многих стран

[110].

Регулирование речного стока с помощью водохранилищ явилось огромным достижением человечества. Благодаря этому ресурсы гарантированного стока рек были существенно увеличены. Процесс создания водохранилищ, имеющий историю в шесть тысячелетий, в XX веке приобрел масштаб планетарного явления, охватившего все регионы земного шара

[112; 122].

По данным Международной комиссии по большим плотинам в 2000 г. в мире насчитывалось более 45 тыс. водохранилищ. На 24-м конгрессе по большим плотинам (Япония, 2012 г.) была принята Всемирная декларация «Роль водохранилищ в обеспечении устойчивого развития» [135], содержащая призыв активнее развивать водную инфраструктуру, что необходимо для устойчивого функционирования и роста экономик всех стран [486].

Российская Федерация, Россия – крупнейшее по площади (17,075

млн км2) государство мира в северо-восточной части Евразии со столицей г. Москва и населением на 1 января 2019 г. 146,8 млн человек (из которых 109,5 млн – городское и 37,3 сельское) [178].

Рождение русского государства восходит к 862 г., когда в г. Новгороде получила права на княжение династия Рюриковичей, в течение 7 следующих столетий управлявшая всеми русскими землями. До 1917 г. Россия была монархией, единственной империей в северных широтах за всю историю человечества, потом до 1991 г. Союзом Советских Социалистических республик. СССР, который в 1980-е гг. начали обновлять и улучшать, улучшился настолько, что в 1991 г. перестал существовать, хотя это мало кто из его бывших граждан посчитал большим достижением. Независимая Россия

5

обрела капитализм и буржуазию. Сейчас Российская Федерация – демократическое федеративное правовое государство с республиканской формой правления. Тысячелетняя история России – феномен в мировой цивилиза-

ции [558; 603].

КЕвропейской России относят территорию, лежащую западнее Урала

–около 23 %, на долю Азиатской России приходится свыше 75 % площади

страны. Основная часть территории России расположена между 70 и 50° с. ш., около 20 % лежит за Северным полярным кругом. Суша страны омывается 12 морями, принадлежащими к бассейнам Атлантического, Северного Ледовитого и Тихого океанов [108; 603].

Большая часть Европейской территории России (ЕТР) занята Во- сточно-Европейской равниной, на юге – северные склоны гор Кавказа, на северо-западе – горы Хибины. К востоку от Урала простирается ЗападноСибирская равнина, окаймленная на юго-востоке горами Алтая. Между реками Енисеем и Леной расположено Среднесибирское плоскогорье, к которому на юге примыкают хребты Западного и Восточного Саяна, а между р. Леной и Тихим океаном лежат хребты и плоскогорья Северо-Восточной Азии [603].

Климат России в целом предопределен расположением страны в умеренных и высоких широтах, наличием обширной равнинной территории, открытой со стороны Северного Ледовитого океана, а также многочисленных горных систем на ее южных границах: он изменяется от морского на крайнем Северо-Западе до резко континентального в Сибири и муссонного на Дальнем Востоке страны. Средняя температура января составляет от –1° до

–50 °С, июля – от 1° до 25 °С [603].

Территория Севера и северо-востока России, простирающаяся на 11 млн км2 (64 % площади) подвержена влиянию сурового климата и занята вечной мерзлотой. Поселок Оймякон в долине р. Индигирки считается самой холодной точкой нашей страны и северного полушария Земли. Здесь была зарегистрирована температура воздуха –71 °С [13; 15].

Годовая сумма осадков на территорию России изменяется от 4500 мм в западной части Большого Кавказского хребта до 200 мм и менее в Прикаспийской низменности [114].

На российскую территорию с севера на юг распространяются природные зоны: арктическая, тундровая, лесотундровая, лесная, лесостепная, степная, полупустынная [603].

В стране имеются месторождения всех известных полезных ископае-

6

мых. Разведаны большие запасы энергетических ресурсов – угля, нефти, природного газа. Около 60 % территории покрыто лесами. На рубеже XX и XXI вв. основной вклад (75 %) в валовой внутренний продукт (ВВП) вносила природно-ресурсная рента [111], доля сырья и полусырья в экспорте доходила до 92 % [428]. Идея экономических дискуссий о том, что России необходимо перестать быть сырьевой державой, витает еще со времен Петра I, опубликованная в 1724 г. первым русским экономистом Иваном Посош-

ковым [603].

России присуща относительно невысокая по сравнению с многими странами мира степень антропогенной (несвойственной природе) трансформации природной среды. Примерно 65 % территории страны квалифицируются как не подвергшиеся существенным хозяйственным воздействиям и сохранившие ненарушенные экосистемы. Около 20 % территории испытали влияние экономики, но экосистемы во многих местах сохранили жизнеспособность и ассимиляционный потенциал, необходимый для компенсации современного уровня антропогенных воздействий. Около 15 % российской территории характеризуются как экологически неблагополучные, со значительной степенью разрушения естественных экосистем [541]. За 1000 лет природу в стране мы почти не ухудшили, а те регионы, где плохо, можно привести в норму примерно за век, развивая цивилизацию не стихийно, а разумно.

На вопрос «Кому сегодня в России живется хорошо?» известный актер А.В. Панкратов-Черный (род. в 1949 г.) накануне своего шестидесятилетия ответил: «Думаю, в полном смысле хорошо живется тем, у кого есть мечта, вера и обязательно надежда».

Уникальны водные ресурсы России: они оцениваются в 11 % мировых запасов пресной воды [115]. Россияне всегда бережно относились к воде, водные угодья стерегли. В XIX в. казаки-уральцы из реки в нерест не поили лошадей; казака, который плюнул в реку, «без милосердия» били, а затем он неделю отбивал по 700 поклонов в день, стоя по колени в воде [19].

В России 2,4 млн ручьев длиной до 10 км, 12764 малых реки длиной от 10 до 200 км, 855 средних рек длиной от 200 до 500 км, 210 больших рек длиной более 500 км [117; 176]. У людей всего мира образ России ассоциируется с р. Волгой – самой большой рекой Европы. С нею связано много легенд и исторических событий (рис. В.1).

7

Наиболее длинные в России реки: Енисей – 5940 км [117], Лена – 4260 км, Обь – 3360 км, Волга – 3530 км, Нижняя Тунгуска – 2990 км, Амур – 2824 км, Вилюй – 2555 км, Оленек – 2270 км, Алдан – 2243 км, Колыма – 1988 км [242; 296; 520] (рис. В.2). Про р. Енисей на рубеже XIX – XX вв.

вице-адмирал российского флота С.О. Макаров, исследовавший водные пути Сибири, писал: «О реке Енисей вообще можно сказать, что она представляет безпроводной водный путь, идущий почти по меридиану от Ледовитого океана до нашей границы с Китаем на протяжении 3000 верст» [369].

Вода рек пресная, поэтому наиболее ценная. Одним из ее свойств является постоянное возобновление.

Объем речного стока, формирующегося на территории России, очень значителен. Он составляет 4266 км3/год или 234 тыс. м3/год на 1 км2 территории, или примерно 27,8 тыс. м3/год на одного жителя. Однако сток рек неравномерно распределен во времени: 75 % его падает на период половодья, а на длительный меженний период приходится только 25 %. То же по территории: на европейскую часть страны приходится 20 %, на азиатскую –

80 % стока [658; 668].

Астрономическим числом 2896 млрд кВт·ч/год выражается валовой потенциал возобновляемых гидроэнергетических ресурсов рек России. Экономический потенциал оценивается в 852 млрд кВт·ч/год, основной частью он сосредоточен в Восточно-Сибирском и Дальневосточном регионах – соответственно 350 и 294 млрд кВт·ч/год [149; 363].

В 1986 г. российский фонд насчитывал 2263 гидроузла с водохранилищами объемом более 1 млн м3 каждое суммарной площадью водной поверхности 62 тыс. км2, суммарным полным объемом 794 км3 и полезным объемом 324 км3 [283; 619]. Подавляющее большинство водохранилищ России относятся к долинному типу (рис. В.3; В.4), который доминирует и в других странах. Наибольшее количество водохранилищ – равнинные. Примерно 74% водохранилищ объемом более 10 млн м3 и 80% водохранилищ объемом 1 – 10 млн м3 расположены на европейской территории страны [112] (рис. В.5). Многие водохранилища составили каскады, крупнейшие – АнгароЕнисейский (табл. В.1) и Волго-Камский (табл. В.2).

Значительное число построенных в XX в. водохранилищ осталось за пределами России в государствах, выделившихся из СССР при его распаде в 1991 г.: Советский Союз, как известно, был империей наоборот – о провинциях власть заботилась больше, чем о метрополии [628].

8

Рис.В.1. Атаман Степан Разин на р. Волге бросает за борт персидскую княжну: гравюра из книги, опубликованной в Голландии в 1681 г.

Рис. В.2. Российские реки: Лена, участок «Щеки» [http:/img – 2005 – 11. photo sight.ru]; Колыма в среднем течении [www.Utinka.ru]

9